KR20230093204A - 다환 고리 화합물 및 이를 이용한 유기발광소자 - Google Patents

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김수진
김지환
조현준
최성은
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Abstract

본 발명은 유기발광소자 내의 다양한 유기층에 채용될 수 있는 다환 고리 화합물 및 이를 포함하여 발광 효율이 현저하게 향상된 고효율의 유기발광소자에 관한 것이다.

Description

다환 고리 화합물 및 이를 이용한 유기발광소자 {Polycyclic compound and organoelectro luminescent device using the same}
본 발명은 다환 고리 화합물 및 이를 이용하여 발광 효율이 현저하게 향상된 고효율 유기발광소자에 관한 것이다.
유기발광소자는 전자 주입 전극 (캐소드 전극)으로부터 주입된 전자 (electron)와 정공 주입 전극 (애노드 전극)으로부터 주입된 정공 (hole)이 발광층에서 결합하여 엑시톤 (exiton)을 형성하고 그 엑시톤이 에너지를 방출하면서 발광하는 자체 발광형 소자이며, 이와 같은 유기발광소자는 낮은 구동 전압, 높은 휘도, 넓은 시야각 및 빠른 응답속도를 가지며 풀-컬러 평판 발광 디스플레이에 적용 가능하다는 이점 때문에 차세대 광원으로서 각광을 받고 있다.
이러한 유기발광소자가 상기와 같은 특징을 발휘하기 위해서는 소자 내 유기층의 구조를 최적화하고, 각 유기층을 이루는 물질인 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질, 전자저지 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 여전히 안정하고 효율적인 유기발광소자용 유기층의 구조 및 각 재료의 개발이 계속하여 필요한 실정이다.
이와 같이 유기발광소자의 발광 특성을 개선할 수 있는 소자의 구조와 이를 뒷받침하는 새로운 재료에 대한 개발이 계속 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 소자의 유기층에 채용되어 고효율 유기발광소자를 구현할 수 있는 유기발광 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 하기 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 표시되는 유기발광 화합물을 제공한다.
[화학식 A] [화학식 B]
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 [화학식 A]와 [화학식 B]의 보다 구체적인 구조와 각 치환기에 대한 정의, 그리고 [화학식 A]와 [화학식 B]로 구현되는 본 발명에 따른 구체적인 다환 고리 화합물에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 본 발명은 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 유기층을 포함하고, 상기 유기층이 상기 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 구현되는 구체적인 다환 고리 화합물을 1 종 이상 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명에 따른 다환 고리 화합물은 소자 내 유기층에 채용되어 고효율 유기발광소자를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다환 고리 화합물의 구조를 나타낸 대표도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 유기발광소자에 포함되며, 하기 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 표시되는 다환 고리 화합물에 관한 것이며, 고효율 유기발광소자를 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.
[화학식 A] [화학식 B]
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 [화학식 A]에서,
W는 SiR11R12 및 GeR13R14 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
X 및 Y는 각각 B, N, CR15, SiR16, P, P=O, P=S, GeR17 및 Al 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
Z는 단일결합이거나, 또는 하기 (Y-1) 내지 (Y-12)로 표시되는 구조식 중에서 선택되는 어느 하나인 2가의 기일 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
Q1은 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 3 내지 8각형의 단환 또는 다환으로 구성된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환이며, 상기 Q1은 치환기로 더 치환될 수 있다.
R1 내지 R29는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 니트로기, 시아노기, 할로겐기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 비방향족환 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
R1 내지 R29, Q1 및 이들의 치환기는 인접하는 치환기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있으며, 구체적으로 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 R18 내지 R29는 Q1 및 이의 치환기와 연결되어 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있으며, 상기 R18 내지 R29는 R4와 연결되어 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있다. 또한 적어도 하나 이상의 헤테로 원자를 포함할 수 있으며 다른 일 실시예에 의하면 적어도 하나 이상의 질소(N)를 포함할 수 있으며, 이의 구체적인 구조에 대한 예시는 후술하는 본 발명에 따른 구체적인 화합물에서 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 R3과 Q1 및 이들의 치환기가 서로 연결되어 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 추가적으로 형성할 수 있으며, 이의 구체적인 구조에 대한 예시는 후술하는 본 발명에 따른 구체적인 화합물에서 확인할 수 있다.
또한, 상기 [화학식 B]에서,
W는 SiR11R12 및 GeR13R14 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
X, Y 및 Z는 각각 B, N, CR15, SiR16, P, P=O, P=S, GeR17 및 Al 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
T는 단일결합이거나, 또는 하기 (Y-1) 내지 (Y-12)로 표시되는 구조식 중에서 선택되는 어느 하나인 2가의 기일 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
R1 내지 R36은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 니트로기, 시아노기, 할로겐기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 비방향족환 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
R1 내지 R36 및 이들의 치환기는 인접하는 치환기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있으며, 구체적으로 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 R3과 R30 및 이들의 치환기가 서로 연결되어 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 추가적으로 형성할 수 있으며, 이의 구체적인 구조에 대한 예시는 후술하는 본 발명에 따른 구체적인 화합물에서 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에서 '치환 또는 비치환된', '치환기로 더 치환될 수 있음'이라는 용어는 [화학식 A] 또는 [화학식 B]에서의 다양한 치환기가 각각 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 3 내지 24의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알케닐기, 탄소수 1 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알콕시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기, 탄소수 1 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 1 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 1 내지 24의 아릴옥시기로로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되거나, 상기 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
또한, 상기 '치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기', '치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기' 등에서의 상기 알킬기 또는 아릴기의 탄소수 범위는 상기 치환기가 치환된 부분을 고려하지 않고 비치환된 것으로 보았을 때의 알킬 부분 또는 아릴 부분을 구성하는 전체 탄소수를 의미하는 것이다. 예컨대, 파라위치에 부틸기가 치환된 페닐기는 탄소수 4의 부틸기로 치환된 탄소수 6의 아릴기에 해당하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 있어서 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다는 의미는 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있는 것을 의미하며, '인접하는 치환기'는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체 구조적으로 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 '인접하는 치환기'로 해석될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 지방족환, 지방족 링커, 방향족환, 비방향족환이라 함은 다음과 같다.
지방족환은 알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌으로 구성된 포화 또는 불포화된 고리이며, 탄화수소 고리 또는 헤테로원자를 포함하는 고리를 말하며, 지방족 링커 역시 알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌으로 구성된 포화 또는 불포화된 연결기를 의미한다.
방향족환이라 함은 구체적인 예로서 나프탈렌, 안트라센, 벤즈안트라센, 벤조파이렌, 아세나프틸렌, 1,2-다이하이드로아세나프틸렌, 페난트렌, 크리센, 인데노파이렌, 플루오렌, 플루오란텐, 벤즈아세페난트릴렌, 벤조페릴렌, 파이렌, 벤조플루오란텐, 다이벤즈안트라센 등을 들 수 있다.
비방향족환이라 함은 아래 구조에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에 있어서 구체적인 예로서 아래 구조 등을 들 수 있다.
Figure pat00009
또한, 본 발명에 있어서 다른 치환기 등은 본 발명의 기술분야가 속하는 분야에서 알려진 것으로서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-프로필기, 이소프로필기, 부틸기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, sec-부틸기, 1-메틸-부틸기, 1-에틸-부틸기, 펜틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 헥실기, n-헥실기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, 3,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 헵틸기, n-헵틸기, 1-메틸헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로헥틸메틸기, 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, 이들에 한정되지 않는다.
알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄를 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있고, 구체적으로는 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.
알키닐기 역시 직쇄 또는 분지쇄를 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있고, 에티닐 (ethynyl), 2-프로피닐 (2-propynyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
시클로알킬기는 단환 또는 다환을 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있고, 다환이란 시클로알킬기가 다른 고리기와 직접 연결되거나 축합된 기를 의미하는 것으로서, 다른 고리기란 시클로알킬기일 수도 있으나, 다른 종류의 고리기, 예컨대 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 등일 수도 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.
헤테로시클로알킬기는 O, S, Se, N 또는 Si 등의 이종원자를 포함하는 것으로서, 역시 단환 또는 다환을 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있고, 다환이란 헤테로시클로알킬기가 다른 고리기와 직접 연결되거나 축합된 기를 의미하는 것으로서, 다른 고리기란 헤테로시클로알킬기일 수도 있으나, 다른 종류의 고리기, 예컨대 시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 등일 수도 있다.
아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있고, 단환식 아릴기의 예로는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 스틸벤기 등이 있고, 다환식 아릴기의 예로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 테트라세닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 아세나프타센닐기, 트리페닐렌기, 플루오란텐기 등이 있으나, 본 발명의 범위가 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
헤테로아릴기는 이종원자를 포함하는 헤테로고리기로서, 그 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 페난트롤린기, 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
알콕시기는 구체적으로 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등일 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
실릴기는 알킬로 치환된 실릴기 또는 아릴로 치환된 실릴기를 의미하는 것으로서, 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴, 트리에틸실릴, 트리페닐실릴, 트리메톡시실릴, 디메톡시페닐실릴, 디페닐메틸실릴, 디페닐비닐실릴, 메틸사이클로뷰틸실릴, 디메틸퓨릴실릴 등을 들 수 있다.
아민기는 -NH2, 알킬아민기, 아릴아민기, 헤테로아릴아민기 등일 수 있고, 아릴아민기는 아릴로 치환된 아민을 의미하고, 알킬아민기는 알킬로 치환된 아민을 의미하는 것이며, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있고, 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있으며, 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 또한, 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
아릴옥시기,　아릴티옥시기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같으며, 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시기, p-토릴옥시기, m-토릴옥시기, 3,5-디메틸-페녹시기, 2,4,6-트리메틸페녹시기, p-tert-부틸페녹시기, 3-바이페닐옥시기, 4-바이페닐옥시기, 1-나프틸옥시기, 2-나프틸옥시기, 4-메틸-1-나프틸옥시기, 5-메틸-2-나프틸옥시기, 1-안트릴옥시기, 2-안트릴옥시기, 9-안트릴옥시기, 1-페난트릴옥시기, 3-페난트릴옥시기, 9-페난트릴옥시기 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2-메틸페닐티옥시기, 4-tert-부틸페닐티옥시기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 표시되는 다환 고리 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 이를 통하여 그 구조 및 구체적인 치환기를 명확하게 확인할 수 있으며, 다만, 이에 의해서 본 발명에 따른 [화학식 A] 또는 [화학식 B]의 범위가 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
상기 구체적인 화합물에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 다환 고리 화합물은, B, N, CR, SiR, P, P=O, P=S, GeR 및 Al 등을 포함하면서 다환 고리 구조를 형성하고, 여기에 치환기를 도입하여 골격 구조 및 그 치환기의 고유 특성을 갖는 유기발광재료를 합성할 수 있으며, 예컨대, 유기발광소자의 제조시 사용되는 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층, 정공저지층 물질 등에 사용될 수 있도록 골격 및 치환기 구조를 설계함으로서, 각 유기층에서 요구하는 조건들을 충족시키는 물질을 제조할 수 있으며, 이를 통하여 고효율의 유기발광소자를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 화합물은 단독으로 또는 다른 화합물과 함께 다양한 유기층 재료로 유용하게 활용할 수 있고, 또는 캡핑층 (CPL: capping layer)에도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 개재되는 1층 이상의 유기층으로 이루어진 유기발광소자에 관한 것으로서, 상기 유기층에 상기 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 표시되는 본 발명에 따른 유기발광 화합물을 최소한 1 개 이상 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자는 제1 전극과 제2 전극 및 이 사이에 배치된 유기층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있으며, 본 발명에 따른 [화학식 A] 또는 [화학식 B]의 유기발광 화합물을 소자의 유기층에 사용한다는 것을 제외하고는 통상의 소자의 제조 방법 및 재료를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자의 유기층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자저지층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 더 적은 수 또는 더 많은 수의 유기층을 포함할 수도 있으며, 본 발명에 따른 바람직한 유기발광소자의 유기층 구조 등에 대해서는 후술하는 실시예에서 보다 상세하게 설명한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 기판, 제1 전극(양극), 유기층, 제2전극(음극) 및 캡핑층을 포함하며, 상기 캡핑층은 제1 전극 하부 (Bottom emission) 또는 제2 전극 상부 (Top emission)에 형성될 수 있다.
제2 전극 상부 (Top emission)에 형성되는 방식은 발광층에서 형성된 빛이 캐소드쪽으로 방출되는데 캐소드쪽으로 방출되는 빛이 굴절률이 상대적으로 높은 본 발명에 따른 화합물로 형성된 캡핑층 (CPL)을 통과하면서 빛의 파장이 증폭되고 따라서 광효율이 상승하게 된다. 또한, 제1 전극 하부 (Bottom emission)에 형성되는 방식 역시 마찬가지 원리에 의해 본 발명에 따른 화합물을 캡핑층에 채용하여 유기전기소자의 광효율이 향상된다.
이하에서는 본 발명에 따른 유기발광소자의 일 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 유기발광소자는 애노드, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드을 포함하며, 필요에 따라서는 애노드와 정공수송층 사이에 정공주입층을 더 포함할 수 있고, 또한 전자수송층과 캐소드 사이에 전자주입층을 더 포함할 수 있으며, 그 이외에도 1층 또는 2층의 중간층을 더 형성하는 것도 가능하며, 정공저지층 또는 전자저지층을 더 형성시킬 수도 있으며, 상술한 바와 같이 캡핑층 등과 같이 소자의 특성에 따라 다양한 기능을 갖는 유기층을 더 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 유기발광소자는 발광층 내에 하기 [화학식 C]로 표시되는 안트라센 유도체를 호스트 화합물로 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 C]
Figure pat00025
상기 [화학식 C]에서,
R21 내지 R28은 각각 동일하거나 상이하며, 상기 [화학식 A]의 R1 내지 R29에서 정의된 바와 동일하다.
Ar9 및 Ar10은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수6내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수6내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
L13은 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나이고, 바람직하게는 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기일 수 있으며, k는 1 내지 3의 정수이되, 상기 k가 2 이상인 경우에 각각의 L13은 서로 동일하거나 상이하다.
또한, 상기 [화학식 C]의 Ar9는 하기 [화학식 C-1]로 표시되는 치환기인 것을 특징으로 한다.
[화학식 C-1]
Figure pat00026
상기 [화학식 C-1]에서,
R31 내지 R35는 각각 동일하거나 상이하고, 상기 [화학식 A]의 R1 내지 R29에서 정의된 바와 동일하고, 서로 이웃하는 치환기와 결합하여 포화 혹은 불포화 고리를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자에 채용되는 상기 [화학식 C]는 구체적으로 하기 [화학식 C1] 내지 [화학식 C48] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자는 정공수송층, 전자저지층 및 광효율 개선층은 각각 더 포함할 수 있고, 하기 [화학식 D]로 표시되는 화합물을 정공수송층, 전자저지층 및 광효율 개선층에 각각 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 D]
Figure pat00030
상기 [화학식 D]에서,
R41 내지 R43은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 50의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이다.
L31 내지 L34는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나이다.
Ar31 내지 Ar34는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기중에서 선택되는 어느 하나이다.
n은 0 내지 4의 정수이고, n이 2 이상인 경우에 R43을 포함하는 각각의 방향족 고리는 서로 동일하거나 상이하고, m1 내지 m3는 0 내지 4의 정수이고, 이들이 각각 2 이상인 경우에 각각의 R41, R42, 또는 R43은 서로 동일하거나 상이하다.
R41 내지 R43이 결합되지 않은 방향족고리의 탄소원자는 수소 또는 중수소와 결합한다.
또한, 상기 Ar31 내지 Ar34 중에서 적어도 하나는 하기 [화학식 E]로 표시되는 치환기인 것을 특징으로 한다.
[화학식 E]
Figure pat00031
상기 [화학식 E]에서,
R51 내지 R54는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 아릴실릴기, 니트로기, 시아노기 및 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고, 이들은 각각 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
Y는 탄소원자 또는 질소원자이고, Z는 탄소원자, 산소원자, 황원자 또는 질소원자이다.
Ar35 내지 Ar37은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이다.
Z가 산소원자 또는 황원자일 경우 Ar37은 존재하지 않으며, Y 및 Z가 질소원자일 경우 Ar35, Ar36 및 Ar37 중 어느 하나만이 존재하며, Y가 질소원자 및 Z가 탄소원자일 경우 Ar36은 존재하지 않는다.
단, R51 내지 R54 및 Ar35 내지 Ar37 중 하나는 상기 [화학식 D]에서의 연결기 L31 내지 L34 중의 하나와 연결되는 단일결합이다.
본 발명에 따른 유기발광소자에 채용되는 상기 [화학식 D]는 구체적으로 하기 [화학식 D1] 내지 [화학식 D79] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자에 채용되는 상기 [화학식 D]는 구체적으로 하기 [화학식 D101] 내지 [화학식 D145] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자는 정공수송층, 전자저지층 및 광효율 개선층은 각각 더 포함할 수 있고, 하기 [화학식 F]로 표시되는 화합물을 정공수송층, 전자저지층 및 광효율 개선층에 각각 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 F]
Figure pat00040
상기 [화학식 F]에서,
R61 내지 R63은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30 의 알킬게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30 의 아릴게르마늄기 시아노기, 니트로기 및 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이다.
r51 내지 Ar54는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이다.
발명에 따른 유기발광소자에 채용되는 상기 [화학식 F]는 구체적으로 하기 [화학식 F1] 내지 [화학식 F33] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 구체적인 구조와 그 제조방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 기판 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅하여 애노드를 형성한다. 여기에서 기판으로는 통상적인 유기발광소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유기 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고, 애노드 전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화주석 (SnO2), 산화아연 (ZnO) 등을 사용한다.
상기 애노드 전극 상부에 정공주입층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공주입층을 형성하고, 그 다음으로 상기 정공주입층의 상부에 정공수송층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성한다.
상기 정공주입층 재료는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 예시로서, 2-TNATA[4,4',4"-tris(2-naphthylphenyl-phenylamino)-triphenylamine], NPD[N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)], TPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine], DNTPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine] 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 정공수송층 재료 역시 당업계에 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민 (TPD) 또는 N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘 (α-NPD) 등을 사용할 수 있다.
이어서, 상기 정공수송층의 상부에 정공보조층 및 발광층을 이어서 적층하고 상기 발광층의 상부에 선택적으로 정공저지층을 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법으로서 박막을 형성할 수 있다. 상기 정공저지층은 정공이 유기발광층을 통과하여 캐소드로 유입되는 경우에는 소자의 수명과 효율이 감소되기 때문에 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨이 매우 낮은 물질을 사용함으로써 이러한 문제를 방지하는 역할을 한다. 이 때, 사용되는 정공 저지 물질은 특별히 제한되지는 않으나 전자수송능력을 가지면서 발광 화합물보다 높은 이온화 포텐셜을 가져야 하며 대표적으로 BAlq, BCP, TPBI 등이 사용될 수 있다.
상기 정공저지층에 사용되는 물질로서, BAlq, BCP, Bphen, TPBI, NTAZ, BeBq2, OXD-7, Liq 및 [화학식 501] 내지 [화학식 507] 중에서 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
BAlq BCP Bphen
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
TPBI NTAZ BeBq2
Figure pat00047
OXD-7 Liq
Figure pat00048
[화학식 501] [화학식 502] [화학식 503]
Figure pat00049
[화학식 504] [화학식 505] [화학식 506]
Figure pat00050
[화학식 507]
Figure pat00051
이러한 정공저지층 위에 전자수송층을 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법을 통해 증착한 후에 전자주입층을 형성하고 상기 전자주입층의 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공 열증착하여 캐소드 전극을 형성함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자가 완성된다.
여기에서 캐소드 형성용 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등을 사용할 수 있으며, 전면 발광 소자를 얻기 위해서는 ITO, IZO를 사용한 투과형 캐소드를 사용할 수 있다.
상기 전자수송층 재료로는 캐소드로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서, 공지의 전자 수송 물질을 이용할 수 있다. 공지의 전자 수송 물질의 예로는, 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2), ADN, [화학식 401], [화학식 402], 옥사디아졸 유도체인 PBD, BMD, BND 등과 같은 재료를 사용할 수도 있다.
Figure pat00052
TAZ BAlq
Figure pat00053
[화합물 401] [화합물 402] BCP
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
또한, 본 발명에서 사용되는 전자 수송층은 하기 [화학식 C]로 표시되는 유기 금속 화합물이 단독 또는 상기 전자수송층 재료와 혼합으로 사용될 수 있다.
[화학식 C]
Figure pat00057
상기 [화학식 C]에서,
Y는 C, N, O 및 S에서 선택되는 어느 하나가 상기 M에 직접 결합되어 단일결합을 이루는 부분과, C, N, O 및 S에서 선택되는 어느 하나가 상기 M에 배위결합을 이루는 부분을 포함하며, 상기 단일결합과 배위결합에 의해 킬레이트된 리간드이다. M은 알카리 금속, 알카리 토금속, 알루미늄(Al) 또는 붕소(B)원자이다.
OA는 상기 M과 단일결합 또는 배위결합 가능한 1가의 리간드로서, 상기 O는 산소이며, 상기 A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기 및 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이다.
또한, 상기 M이 알카리 금속에서 선택되는 하나의 금속인 경우에는 m은 1, n은 0이고, 상기 M이 알카리 토금속에서 선택되는 하나의 금속인 경우에는 m은 1, n은 1이거나, 또는 m은 2, n은 0이고, 상기 M이 붕소 또는 알루미늄인 경우에는 m은 1 내지 3 중 어느 하나이며, n은 0 내지 2 중 어느 하나로서 m +n은 3을 만족한다.
상기 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 알킬기, 알콕시기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 헤테로 아릴아미노기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 아릴옥시기, 아릴기, 헤테로아릴기, 게르마늄, 인 및 보론으로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
또한, 상기 Y는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 하기 [구조식 C1] 내지 [구조식 C39]부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[구조식 C1] [구조식 C2] [구조식 C3]
Figure pat00058
[구조식 C4] [구조식 C5] [구조식 C6]
Figure pat00059
[구조식 C7] [구조식 C8] [구조식 C9] [구조식 C10]
Figure pat00060
[구조식 C11] [구조식 C12] [구조식 C13]
Figure pat00061
[구조식 C14] [구조식 C15] [구조식 C16]
Figure pat00062
[구조식 C17] [구조식 C18] [구조식 C19] [구조식 C20]
Figure pat00063
[구조식 C21] [구조식 C22] [구조식 C23]
Figure pat00064
[구조식 C24] [구조식 C25] [구조식 C26]
Figure pat00065
[구조식 C27] [구조식 C28] [구조식 C29] [구조식 C30]
Figure pat00066
[구조식 C31] [구조식 C32] [구조식 C33]
Figure pat00067
[구조식 C34] [구조식 C35] [구조식 C36]
Figure pat00068
[구조식 C37] [구조식 C38] [구조식 C39]
Figure pat00069
상기 [구조식 C1] 내지 [구조식 C39]에서,
R은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30이 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 중에서 선택되고, 인접한 치환체와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 스피로고리 또는 융합고리를 형성할 수 있다.
L은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알킬기 중에서 선택되고, 상기 L은 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소 중에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 더 치환되며, 인접한 치환체와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 스피로고리 또는 융합고리를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자는 발광층을 포함하며, 상기 발광층은 1종 이상의 도판트 화합물을 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 유기발광소자에 적용되는 발광 도판트 화합물은 특별히 제한되지는 않으나, 하기 [일반식 A-1] 내지 [일반식 J-1]으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있다.
[일반식 A-1]
Figure pat00070
상기 M은 7족, 8족, 9족, 10족, 11족, 13족, 14족, 15족 및 16족의 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 Ir, Pt, Pd, Rh, Re, Os, Tl, Pb, Bi, In, Sn, Sb, Te, Au 및 Ag로부터 선택된다. 또한, 상기 L1, L2 및 L3은 리간드로 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 하기 [구조식 D]에서 선택되는 어느 하나를 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 [구조식 D]내 *은 금속 이온 M에 결합하는 사이트(site)를 표현한다.
[구조식 D]
Figure pat00071
Figure pat00072
Figure pat00073
Figure pat00074
Figure pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
상기 [구조식 D]에서,
R은 서로 상이하거나 동일하며 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 R은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소 중에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
또한, 상기 R은 각각의 인접한 치환기와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 지환족 고리 및 단일환 또는 다환의 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 L은 인접한 치환체와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 스피로 고리 또는 융합 고리를 형성할 수 있다.
일 예로서, 상기 [일반식 A-1]으로 표시되는 도펀트는 하기 화합물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00081
Figure pat00082
Figure pat00083
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
[일반식 B-1]
Figure pat00087
상기 [일반식 B-1]에서,
MA1은 [일반식 A-1]에서 정의한 바와 동일한 금속 이온을 나타내며, 또한, YA11, YA14, YA15 및 YA18 은 각각 독립적으로 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내며, YA12, YA13, YA16 및 YA17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소 원자, 치환 또는 비치환된 질소원자, 산소원자, 황원자를 나타내고, LA11, LA12, LA13, LA14는 각각 앞서 정의한 바와 같은 연결기를 나타내며, QA11, QA12는 MA1에 결합하는 원자를 함유하는 부분 구조를 나타낸다.
상기 [일반식 B-1]으로 표시되는 화합물의 예시적인 구조는 아래와 같으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00088
Figure pat00089
Figure pat00090
[일반식 C-1]
Figure pat00091
상기 [일반식 C-1]에서,
MB1 은 [일반식 A-1]에서 정의한 바와 동일한 금속 이온을 나타내며, YB11, YB14, YB15 및 YB18은 각각 독립적으로 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내고, YB12, YB13, YB16 및 YB17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소 원자, 치환 또는 비치환의 질소원자, 산소원자, 황원자를 나타내며, LB11, LB12, LB13, LB14는 연결기를 나타내고, QB11, QB12는 MB1에 결합하는 원자를 함유하는 부분 구조를 나타낸다.
상기 [일반식 C-1]으로 표시되는 화합물의 예시적인 구조는 아래와 같으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00092
Figure pat00093
[일반식 D-1]
Figure pat00094
상기 [일반식 D-1]에서,
MC1은 금속 이온을 [일반식 A-1]에서 정의한 바와 동일한 금속 이온을 나타내며, RC11, RC12는 각각 독립적으로 수소 원자, 서로 연결하고 5 원 고리를 형성하는 치환기, 서로 연결하는 것의 없는 치환기를 나타내며, RC13, RC14는 각각 독립에 수소 원자, 서로 연결하고 5 원 고리를 형성하는 치환기, 서로 연결하는 것의 것이 없는 치환기를 나타내며, GC11, GC12는 각각 독립에 질소 원자, 치환 또는 비치환의 탄소 원자를 나타내며, LC11, LC12는 연결기를 나타내며, QC11, QC12는 MC1에 결합하는 원자를 함유하는 부분 구조를 나타낸다.
상기 [일반식 D-1]으로 표시되는 화합물의 예시적인 구조는 아래와 같으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00095
Figure pat00096
[일반식 E-1]
Figure pat00097
상기 [일반식 E-1]에서,
MD1은 [일반식 A-1]에서 정의한 바와 동일한 금속 이온을 나타내며, GD11, GD12는 각각 독립적으로 질소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소 원자를 나타내며, JD11, JD12, JD13 및 JD14는 각각 독립에 5 원 고리를 형성하는데도 필요한 원자군을 나타내며, LD11, LD12는 연결기를 나타낸다.
상기 [일반식 E-1]으로 표시되는 화합물의 예시적인 구조는 아래와 같으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00098
[일반식 F-1]
Figure pat00099
상기 [일반식 F-1]에서,
ME1은 [일반식 A-1]에서 정의한 바와 동일한 금속 이온을 나타내며, JE11, JE12는 각각 독립적으로 5 원 고리를 형성하는데도 필요한 원자군을 나타내며, GE11, GE12, GE13 및 GE14는 각각 독립적으로 질소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소 원자를 나타내며, YE11, YE12, YE13 및 YE14는 각각 독립적으로 질소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소원자를 나타낸다.
상기 [일반식 F-1]으로 표시되는 화합물의 예시적인 구조는 아래와 같으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00100
[일반식 G-1]
Figure pat00101
상기 [일반식 G-1]에서,
MF1은 [일반식 A-1]에서 정의한 바와 동일한 금속 이온을 나타낸다.
LF11, LF12 및 LF13은 연결기를 나타내며, RF11, RF12, RF13 및 RF14는 치환기를 나타내고, RF11과 RF12, RF12 와 RF13, RF13과 RF14는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, 이때 RF1과 RF12, RF13과 RF14가 형성하는 고리는 5 원환이다. 또한 QF11, QF12는 MF1에 결합하는 원자를 함유하는 부분 구조를 나타낸다.
상기 [일반식 G-1]으로 표시되는 화합물의 예시적인 구조는 아래와 같으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00102
Figure pat00103
[일반식 H-1] [일반식 H-2] [일반식 H-3]
Figure pat00104
상기 [일반식 H-1] 내지 [일반식 H-3]에서,
R11, R12는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴의 치환기이며; 또한 서로 인접한 치환기와 융합고리를 형성할 수 있고, q11, q12는 0 내지 4의 정수로서, 바람직하게는 0 내지 2가 될 수 있다.
또한, q11, q12가 2 내지 4인 경우, 복수 개의 R11 및 R12는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
L1은 백금에 결합하는 리간드로서, 오르토 메탈(ortho metal)화 백금 착체를 형성할수 있는 리간드, 함질소헤테로환 리간드, 디케톤 리간드, 할로겐 리간드가 바람직하고, 보다 바람직하게는 오르토 메탈(ortho metal)화 백금 착체를 형성하는 리간드, 비피리딜 리간드 또는 페난트로린 리간드이다.
n1은 0 내지 3의 정수이며, 바람직하게는 0이고, m1은 1 또는 2이고 바람직하게는 2이다.
또한, 상기 n1, m1은 상기 일반식 H-1로 나타나는 금속 착체가 중성 착체가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 [일반식 H-2]에서,
R21, R22, n2, m2, q22, L2는 각각 상기 R11, R12, n1, m1, q12, L1과 동일하고, q21은 0 내지 2의 정수이며, 0이 바람직하다.
상기 [일반식 H-3]에서,
R31, n3, m3, L3은 각각 상기 R11, n1, m1, L1과 동일하고, q31은 0 내지 8의 정수를 나타내고, 0 내지 2가 바람직하고, 0이 보다 바람직하다.
상기 [일반식 H-1] 내지 [일반식 H-3]의 구체적인 화합물의 예는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00105
[일반식 I-1]
Figure pat00106
상기 [일반식 I-1]에서,
고리A, 고리B, 고리C 및 고리D는 상기 고리 A내지 D중의 어느 2개의 고리는 치환기를 가질 수 있는 질소 함유 헤테로고리를 나타내고, 나머지 2개의 환은 고리는 치환기를 가질 수 있는 아릴고리 또는 헤테로아릴고리를 나타내고, 나타내며, 고리A와 고리B, 고리A와 고리C 및/또는 고리B와 고리D로 축합환을 형성할 수 있다. X1, X2, X3 및 X4는 이 중의 어느 2개가 백금원자에 배위결합하는 질소원자를 나타내고, 나머지 2개는 탄소원자 또는 질소원자를 나타낸다. Q1, Q2 및 Q3은 각각 독립적으로 2가의 원자(단) 또는 결합을 나타내지만, Q1, Q2 및 Q3이 동시에 결합을 나타내지는 않는다. Z1, Z2, Z3 및 Z4는 어느 2개가 배위결합을 나타내고, 나머지 2개는 공유결합, 산소원자 또는 황원자를 나타낸다.
상기 [일반식 I-1]의 구체적인 화합물의 예는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00107
Figure pat00108
Figure pat00109
Figure pat00110
[일반식 J-1]
Figure pat00111
상기 [일반식 J-1]에 있어서,
M은 [일반식 A-1]에서 정의한 바와 동일한 금속 이온을 나타내며, Ar1은 치환 또는 비치환의 고리구조를 표현하고, 상기 M에 결합하는 2개의 아조메틴(azomethine) 결합(-C=N-)에 있어서, 질소원자(N)는 각각 상기 M에 결합하고, 전체로서 상기 M에 3좌에서 결합되는 3좌 배위자를 형성하고 있다.
또한, Ar1에 있어서 C는 Ar1으로 표시되는 고리구조를 구성하는 탄소원자를 나타낸다. 또한 상기 R1 및 R2는, 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 치환 또는 비치환의 알킬기 또는 아릴기를 나타내며, L은 1좌 배위자를 표현한다.
상기 [일반식 J-1]에 있어서, 상기 M은 Pt인 것이 바람직하다. 또한, 상기 Ar1으로서는, 5원환, 6원환 및 이들의 축합환기부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 [일반식 J-1]의 구체적인 화합물의 예는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00112
Figure pat00113
Figure pat00114
또한, 상기 발광층은 상기 도판트와 외에 다양한 호스트 물질과 다양한 도판트 물질을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기층 각각은 단분자 증착방식 또는 용액공정에 의하여 형성될 수 있으며, 여기서 상기 증착 방식은 상기 각각의 층을 형성하기 위한 재료로 사용되는 물질을 진공 또는 저압상태에서 가열 등을 통해 증발시켜 박막을 형성하는 방법을 의미하고, 상기 용액공정은 상기 각각의 층을 형성하기 위한 재료로 사용되는 물질을 용매와 혼합하고 이를 잉크젯 인쇄, 롤투롤 코팅, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅 등과 같은 방법을 통하여 박막을 형성하는 방법을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자는 평판 디스플레이 장치, 플렉시블 디스플레이 장치, 단색 또는 백색의 평판 조명용 장치 및 단색 또는 백색의 플렉시블 조명용 장치에서 선택되는 장치에 사용될 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
합성예 1 : 화합물 2의 합성
(1) 중간체 3의 제조
Figure pat00115
[중간체 1] [중간체 2] [중간체 3]
반응기에 선행 문헌 (Tetrahedron Letters; vol. 57; nb. 44; (2016); p. 4914-4917)을 참고로 합성한 [중간체 1] 20.0 g, 선행 문헌 (중국 특허 CN105431439)을 참고로 합성한 [중간체 2] 27.9 g, 비스(트리-터셔리-부틸포스핀)팔라듐(0) 0.91 g, 소듐 터셔리 부톡사이드 17.1 g, 톨루엔 200 mL을 투입 후 12시간 동안 환류교반하였다. 상온으로 냉각한 다음에 아세테이트산에틸과 물을 투입하여 유기층을 분리하였다. 실리카겔크로마토그래피로 정제하여, [중간체 3] 39.7 g (수율 88.9%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C32H28ClN2Si (Pos)503.16, found 503.1
(2) 화합물 2의 제조
Figure pat00116
[중간체 3] [화합물 2]
반응기에 [중간체 3] 39.7 g, 터셔리 부틸벤젠 397 mL를 투입 후, -78 ℃에서 1.7 M 터셔리 부틸리튬 93.0 mL를 적가하였다. 60 ℃에서 3시간 교반하고 질소를 불어 펜탄을 제거하였다. -78 ℃로 냉각 후 보론 트리브로마이드 15.0 mL를 적가하였다. 상온에서 2시간 교반하고, 0 ℃에서 N,N-디아이소프로필에틸아민 27.5 mL를 적가한 다음 120 ℃에서 12시간 교반하였다. 상온으로 냉각 후 10% 소듐 아세테이트 수용액 129 mL와 아세테이트산에틸을 투입한 다음, 유기층을 분리하였다. 실리카겔크로마토그래피로 정제하여, [화합물 2] (4.5 g, 12.0%)를 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C32H26BN2Si (Pos)477.19, found 477.1
합성예 2 : 화합물 3의 합성
Figure pat00117
[중간체 4] [화합물 3]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 4]로부터 [화합물 3] (5.0 g, 13.1%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C45H36BN2Si (Pos)643.28, found 643.2
합성예 3 : 화합물 9의 합성
Figure pat00118
[중간체 5] [화합물 9]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 5]로부터 [화합물 9] (2.1 g, 11.3%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C47H39BN3Si (Pos)684.30, found 684.3
합성예 4 : 화합물 11의 합성
Figure pat00119
[중간체 6] [화합물 11]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 6]로부터 [화합물 11] (3.8 g, 14.1%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C45H35BN3Si (Pos)656.27, found 656.2
합성예 5 : 화합물 23의 합성
Figure pat00120
[중간체 7] [화합물 23]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 7]로부터 [화합물 23] (2.4 g, 14.3%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C49H49BN3Si (Pos)718.38, found 718.3
합성예 6 : 화합물 45의 합성
Figure pat00121
[중간체 8] [화합물 45]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 8]로부터 [화합물 45] (4.1 g, 11.2%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C43H30BN2Si (Pos)613.23, found 613.2
합성예 7 : 화합물 58의 합성
Figure pat00122
[중간체 9] [화합물 58]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 9]로부터 [화합물 58] (6.1 g, 14.1%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C47H39BN3Si (Pos)620.27, found 620.2
합성예 8 : 화합물 78의 합성
Figure pat00123
[중간체 10] [화합물 78]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 10]로부터 [화합물 78] (4.6 g, 11.1%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C44H44BN2Si2 (Pos)667.32, found 667.3
합성예 9 : 화합물 80의 합성
Figure pat00124
[중간체 11] [화합물 80]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 11]로부터 [화합물 80] (1.9 g, 14.2%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C35H31BN3Si (Pos)532.24, found 532.2
합성예 10 : 화합물 85의 합성
Figure pat00125
[중간체 12] [화합물 85]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 12]로부터 [화합물 85] (3.9 g, 13.1%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C40H30BN2SSi (Pos)609.20, found 609.2
합성예 11 : 화합물 87의 합성
Figure pat00126
[중간체 13] [화합물 87]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 13]로부터 [화합물 87] (2.9 g, 11.5%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C49H40BN2Si (Pos)695.31, found 695.3
합성예 12 : 화합물 102의 합성
Figure pat00127
[중간체 15] [화합물 102]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 15]로부터 [화합물 102] (6.6 g, 12.5%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C41H30BN2OSSi (Pos)637.20, found 637.2
합성예 13 : 화합물 108의 합성
Figure pat00128
[중간체 16] [화합물 108]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 16]로부터 [화합물 108] (3.6 g, 10.1%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C46H35BN3Si (Pos)668.27, found 668.2
합성예 14 : 화합물 109의 합성
Figure pat00129
[중간체 17] [화합물 109]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 17]로부터 [화합물 109] (3.3 g, 10.3%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C44H35BN3Si (Pos)644.27, found 644.2
합성예 15 : 화합물 114의 합성
Figure pat00130
[중간체 18] [화합물 114]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 18]로부터 [화합물 114] (3.9 g, 13.6%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C58H54BN2Si (Pos)817.42, found 817.4
합성예 16 : 화합물 130의 합성
Figure pat00131
[중간체 20] [화합물 130]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 20]로부터 [화합물 130] (4.5 g, 8.3%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C50H35BN3Si (Pos)716.27, found 716.2
합성예 17 : 화합물 133의 합성
Figure pat00132
[중간체 21] [화합물 133]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 21]로부터 [화합물 133] (5.5 g, 11.0%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C47H36BN2Si (Pos)667.28, found 667.2
합성예 18 : 화합물 161의 합성
Figure pat00133
[중간체 22] [화합물 161]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 22]로부터 [화합물 161] (6.1 g, 12.3%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C55H40BN2Si2 (Pos)795.28, found 795.2
합성예 19 : 화합물 162의 합성
Figure pat00134
[중간체 23] [화합물 162]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 23]로부터 [화합물 162] (5.4 g, 9.7%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C60H48BN2Si2 (Pos)863.35, found 863.3
합성예 20 : 화합물 164의 합성
Figure pat00135
[중간체 24] [화합물 164]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 24]로부터 [화합물 164] (2.9 g, 13.3%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C60H42BN2Si2 (Pos)857.30, found 857.3
합성예 21 : 화합물 189의 합성
Figure pat00136
[중간체 25] [화합물 189]
합성예 1과 동일한 합성방법을 사용하여 [중간체 25]로부터 [화합물 189] (4.7 g, 12.8%)을 얻었다.
MS (ESI) calcd for Chemical Formula: C35H36BN2Si (Pos)523.28, found523.2
실시예 1 내지 22 : 유기발광소자의 제조
ITO 글래스의 발광면적이 2 mm × 2 mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 상기 ITO 글래스를 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1 × 10-7 torr가 되도록 한 후 상기 ITO 위에 HATCN (700 Å), [화학식 F] (250 Å) 순으로 성막하였다. 발광층은 하기에 기재된 호스트 (BH1) 와 본 발명의 화합물 (3 wt%)을 혼합하여 성막 (250 Å)한 다음, 이후에 전자 수송층으로 [화학식 E-1]과 [화학식 E-2]을 1:1의 비로 300 Å, 전자 주입층으로 [화학식 E-1]을 5 Å, Al (1000 Å)의 순서로 성막하여 유기발광 소자를 제조하였다. 상기 유기발광소자의 발광특성은 0.4 mA에서 측정하였다.
[HATCN] [화학식 F]
Figure pat00137
Figure pat00138
[화학식 E-1] [화학식 E-2] [BH1]
Figure pat00139
Figure pat00140
Figure pat00141
비교예 1 내지 2
상기 실시예 1에서 사용된 화합물 대신 [BD1], [BD2]를 사용한 것 이외에는 동일하게 유기발광소자를 제작하였으며, 상기 유기발광소자의 발광특성은 0.4 mA에서 측정하였다. 상기 [BD1], [BD2]의 구조는 다음과 같다.
[BD1] [BD2]
Figure pat00142
Figure pat00143
상기 실시예 1 내지 22, 비교예 1 내지 2 에 따라 제조된 유기발광소자에 대하여, 전압 및 효율을 측정하고 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
구분 도판트 구동전압 (V) 효율(Cd/A)
실시예 1 화합물 2 4.0 6.7
실시예 2 화합물 3 3.9 6.8
실시예 3 화합물 11 4.0 7.1
실시예 4 화합물 23 4.0 6.8
실시예 5 화합물 58 4.0 6.5
실시예 6 화합물 78 4.0 7.0
실시예 7 화합물 85 3.9 7.5
실시예 8 화합물 87 4.2 7.1
실시예 9 화합물 88 4.0 6.6
실시예 10 화합물 109 4.0 7.0
실시예 11 화합물 114 4.0 7.3
실시예 12 화합물 116 4.0 6.9
실시예 13 화합물 130 4.1 6.8
실시예 14 화합물 133 4.1 6.8
실시예 15 화합물 158 4.0 7.0
실시예 16 화합물 161 4.0 6.9
실시예 17 화합물 162 4.1 7.0
실시예 18 화합물 164 4.1 7.3
실시예 19 화합물 189 4.1 7.0
실시예 20 화합물 196 4.1 6.9
실시예 21 화합물 197 4.0 6.8
실시예 22 화합물 203 4.1 6.9
비교예 1 BD1 4.3 6.1
비교예 2 BD2 4.1 6.3
상기 [표 1]에서는 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물은 이를 유기발광소자에 구비되는 유기층에 채용하는 경우에 비교예 1 내지 2의 화합물을 채용한 소자에 비하여 고효율의 유기발광소자를 구현할 수 있다.

Claims (20)

  1. 하기 [화학식 A]로 표시되는 유기발광 화합물:
    [화학식 A]
    Figure pat00144

    상기 [화학식 A]에서,
    W는 SiR11R12 및 GeR13R14 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    X 및 Y는 각각 B, N, CR15, SiR16, P, P=O, P=S, GeR17 및 Al 중에서 선택되는 어느 하나이며,
    Z는 단일결합이거나, 또는 하기 (Y-1) 내지 (Y-12)로 표시되는 구조식 중에서 선택되는 어느 하나인 2가의 기이고,
    Figure pat00145

    Figure pat00146

    Q1은 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 3 내지 8각형의 단환 또는 다환으로 구성된 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환이며,
    R1 내지 R29는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 니트로기, 시아노기, 할로겐기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 비방향족환 중에서 선택되는 어느 하나이며,
    R1 내지 R29, Q1 및 이들의 치환기는 인접하는 치환기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
  2. 하기 [화학식 B]로 표시되는 유기발광 화합물:
    [화학식 B]
    Figure pat00147

    상기 [화학식 B]에서,
    W는 SiR11R12 및 GeR13R14 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    X, Y 및 Z는 각각 B, N, CR15, SiR16, P, P=O, P=S, GeR17 및 Al 중에서 선택되는 어느 하나이며,
    T는 단일결합이거나, 또는 하기 (Y-1) 내지 (Y-12)로 표시되는 구조식 중에서 선택되는 어느 하나인 2가의 기이고,
    Figure pat00148

    Figure pat00149

    R1 내지 R36은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 니트로기, 시아노기, 할로겐기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 비방향족환 중에서 선택되는 어느 하나이며,
    R1 내지 R36 및 이들의 치환기는 인접하는 치환기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 R18 내지 R29는 Q1 및 이의 치환기와 연결되어, 또는 R4와 연결되어 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기발광 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 R3과 Q1은 서로 연결되어 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기발광 화합물.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 R3과 R30은 서로 연결되어 탄화수소 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 지방족환, 방향족환 또는 비방향족환을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기발광 화합물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 [화학식 A] 또는 [화학식 B]는 하기 화학식으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기발광 화합물:
    Figure pat00150

    Figure pat00151

    Figure pat00152

    Figure pat00153

    Figure pat00154

    Figure pat00155

    Figure pat00156

    Figure pat00157

    Figure pat00158

    Figure pat00159

    Figure pat00160

    Figure pat00161

    Figure pat00162

    Figure pat00163

    Figure pat00164
  7. 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 유기층을 포함하고,
    상기 유기층이 제1항 또는 제2항에 따른 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 표시되는 화합물을 1 종 이상 포함하는 유기발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기층은 전자주입층, 전자수송층, 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층, 정공저지층 및 발광층 중 1층 이상을 포함하고,
    상기 층들 중 1층 이상이 상기 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 표시되는 유기발광 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극과 제2 전극의 상부 또는 하부 중에서 상기 유기층과 반대되는 적어도 일측에 형성되는 캡핑층을 더 포함하고,
    상기 캡핑층은 상기 [화학식 A] 또는 [화학식 B]로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 캡핑층은 상기 제1 전극의 하부 또는 상기 제2 전극의 상부 중 적어도 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 [화학식 C]로 표시되는 안트라센 유도체를 호스트 화합물로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [화학식 C]
    Figure pat00165

    상기 [화학식 C]에서,
    R21 내지 R28은 각각 동일하거나 상이하며, 상기 제1항 [화학식 A]의 R1 내지 R18에서 정의된 바와 동일하고,
    Ar9 및 Ar10은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수6내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수6내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 중에서 선택되는 어느 하나이며
    L13은 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    k는 1 내지 3의 정수이되, 상기 k가 2 이상인 경우에 각각의 L13은 서로 동일하거나 상이하다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 [화학식 C]는 하기 [화학식 C1] 내지 [화학식 C48] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    Figure pat00166

    Figure pat00167

    Figure pat00168
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 정공수송층, 전자저지층 및 캡핑층은 각각 하기 [화학식 D]로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [화학식 D]
    Figure pat00169

    상기 [화학식 D]에서,
    R41 내지 R43은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 50의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    L31 내지 L34는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나이며,
    Ar31 내지 Ar34는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기중에서 선택되는 어느 하나이며,
    n은 0 내지 4의 정수이고, n이 2 이상인 경우에 R43을 포함하는 각각의 방향족 고리는 서로 동일하거나 상이하고,
    m1 내지 m3는 0 내지 4의 정수이고, 이들이 각각 2 이상인 경우에 각각의 R41, R42, 또는 R43은 서로 동일하거나 상이하며,
    R41 내지 R43이 결합되지 않은 방향족고리의 탄소원자는 수소 또는 중수소와 결합한다.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 Ar31 내지 Ar34 중에서 적어도 하나는 하기 [화학식 E]로 표시되는 치환기인 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [화학식 E]
    Figure pat00170

    상기 [화학식 E]에서,
    R51 내지 R54는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 아릴실릴기, 니트로기, 시아노기 및 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고, 이들은 각각 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고,
    Y는 탄소원자 또는 질소원자이고, Z는 탄소원자, 산소원자, 황원자 또는 질소원자이며,
    Ar35 내지 Ar37은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이며,
    Z가 산소원자 또는 황원자일 경우 Ar37은 존재하지 않으며, Y 및 Z가 질소원자일 경우 Ar35, Ar36 및 Ar37 중 어느 하나만이 존재하며, Y가 질소원자 및 Z가 탄소원자일 경우 Ar36은 존재하지 않으며,
    단, R51 내지 R54 및 Ar35 내지 Ar37 중 하나는 상기 [화학식 D]에서의 연결기 L31 내지 L34 중의 하나와 연결되는 단일결합이다.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 [화학식 D]는 하기 [화학식 D1] 내지 [화학식 D79] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    Figure pat00171

    Figure pat00172

    Figure pat00173

    Figure pat00174

    Figure pat00175
  16. 제13항에 있어서,
    상기 [화학식 D]는 하기 [화학식 D101] 내지 [화학식 D145] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    Figure pat00176

    Figure pat00177

    Figure pat00178
  17. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 정공수송층, 전자저지층 및 캡핑층은 각각 하기 [화학식 F]로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    [화학식 F]
    Figure pat00179

    상기 [화학식 F]에서,
    R61 내지 R63은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30 의 알킬게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30 의 아릴게르마늄기 시아노기, 니트로기 및 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    Ar51 내지 Ar54는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이다.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 [화학식 F]는 하기 [화학식 F1] 내지 [화학식 F33] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자:
    Figure pat00180

    Figure pat00181

    Figure pat00182
  19. 제9항에 있어서,
    상기 각각의 층 중에서 선택된 하나 이상의 층은 증착공정 또는 용액공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  20. 제7항에 있어서,
    상기 유기발광소자는 평판 디스플레이 장치; 플렉시블 디스플레이 장치; 단색 또는 백색의 평판 조명용 장치; 및 단색 또는 백색의 플렉시블 조명용 장치; 중에서 선택되는 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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