KR20230170596A - 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20230170596A
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김주환
박형일
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Abstract

본 발명은 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기발광 소자를 제공한다.

Description

신규한 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자{Novel compound and organic light emitting device comprising the same}
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.
유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자에 사용되는 유기물에 대하여 새로운 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
한편, 최근에는 공정 비용 절감을 위하여 기존의 증착 공정 대신 용액 공정, 특히 잉크젯 공정을 이용한 유기 발광 소자가 개발되고 있다. 초창기에는 모든 유기 발광 소자 층을 용액 공정으로 코팅하여 유기 발광 소자를 개발하려 하였으나 현재 기술로는 한계가 있어, HIL, HTL, EML만을 용액 공정으로 진행하고 추후 공정은 기존의 증착 공정을 활용하는 하이브리드(hybrid) 공정이 연구 중이다.
이에 본 발명에서는 유기 발광 소자에 사용될 수 있으면서 동시에 용액 공정에 사용 가능한 신규한 유기 발광 소자의 소재를 제공한다.
한국특허 공개번호 제10-2000-0051826호
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
D는 중수소를 의미하고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소이고,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 8의 정수이고,
c 및 d는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다.
또한, 본 발명은 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 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자를 제공한다.
상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있으며, 또한 용액 공정에 사용이 가능하며, 유기 발광 소자에서 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자주입 및 수송층(7) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다.
(용어의 정의)
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐릴기일 수 있다. 즉, 비페닐릴기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다. 일례로, "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 "비치환되거나, 또는 중수소, 할로겐, 시아노, C1-10 알킬, C1-10 알콕시 및 C6-20 아릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된"; 또는 "비치환되거나, 또는 중수소, 할로겐, 시아노, 메틸, 에틸, 페닐 및 나프틸로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된"이라는 의미로 이해될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "1개 이상의 치환기로 치환된"이라는 용어는 "1개 내지 치환 가능한 수소의 최대 개수로 치환된"이라는 의미로 이해될 수 있다. 또는, 본 명세서에서 "1개 이상의 치환기로 치환된"이라는 용어는 "1개 내지 5개의 치환기로 치환된", 또는 "1개 또는 2개의 치환기로 치환된"이라는 의미로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 치환기가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 치환기가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 치환기가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 치환 또는 비치환된 실릴기는 -Si(Z1)(Z2)(Z3)를 의미하고, 여기서 Z1, Z2 및 Z3는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알킬, 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-60 할로알케닐, 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, Z1, Z2 및 Z3는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-10 할로알킬, 치환 또는 비치환된 C1-10 할로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴일 수 있다. 상기 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 플루오로, 클로로, 브로모, 또는 아이오도가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸프로필, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 이소헥실, 1-메틸헥실, 2-메틸헥실, 3-메틸헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실, 사이클로펜틸메틸, 사이클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2,4,4-트리메틸-1-펜틸, 2,4,4-트리메틸-2-펜틸, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 사이클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-디메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-디메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 고리 형성 원자로 탄소만을 포함하면서 방향족성을 갖는 단환 또는 축합다환 화합물로부터 유래된 치환기를 의미하는 것으로 이해되며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 상기 플루오레닐기가 치환되는 경우, 등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 고리 형성 원자로 탄소 외에 N, O 및 S 중에서 선택되는 1개 이상의 헤테로원자를 더 포함하는 단환 또는 축합다환 화합물로부터 유래된 치환기를 의미하는 것으로, 방향족성을 갖는 치환기를 의미한다. 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로아릴기의 탄소수는 탄소수 2 내지 60이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 헤테로아릴기의 탄소수는 2 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 헤테로아릴기의 탄소수는 2 내지 20이다. 상기 헤테로아릴기의 예로 티오페닐기, 퓨라닐기, 피롤일기, 이미다졸일기, 티아졸일기, 옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아졸일기, 피리디닐기, 비피리디닐기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 아크리디닐기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미디닐기, 피리도피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌일기, 카바졸일기, 벤즈옥사졸일기, 벤조이미다졸일기, 벤조티아졸일기, 벤조카바졸일기, 벤조티오페닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 페난트롤리닐기, 이소옥사졸일기, 티아디아졸일기 및 페노티아지닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기, 아릴실릴기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민 중 헤테로아릴은 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아르알케닐기 중 알케닐기는 전술한 알케닐기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 아릴기 또는 사이클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, "중수소화된 또는 중수소로 치환된"이라는 의미는 화합물, 2가의 연결기 또는 1가의 치환기 내 치환 가능한 수소 중 적어도 하나가 중수소로 치환됨을 의미한다.
또한, "비치환되거나 또는 중수소로 치환된" 또는 "중수소로 치환 또는 비치환된" 이라는 의미는 "비치환되거나 또는 치환 가능한 수소 중 1개 내지 최대 개수가 중수소로 치환된"을 의미한다. 일례로, "비치환되거나 또는 중수소로 치환된 페난트릴"이라는 용어는 페난트릴 구조 내 중수소로 치환 가능한 수소의 최대 개수가 9개라는 점 고려할 때, "비치환되거나 또는 1개 내지 9개의 중수소로 치환된 페난트릴"이라는 의미로 이해될 수 있다.
또한, "중수소화된 구조"라는 의미는 적어도 하나의 수소가 중수소로 치환된 모든 구조의 화합물, 2가의 연결기 또는 1가의 치환기를 포괄하는 것을 의미한다. 일례로, 페닐의 중수소화된 구조는 하기와 같이 페닐기 내 치환가능한 적어도 하나의 수소가 중수소로 치환된 모든 구조의 1가의 치환기들을 일컫는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 화합물의 "중수소 치환율" 또는 "중수소화도"는 화합물 내 존재할 수 있는 수소의 총 개수(화합물 내 중수소로 치환 가능한 수소의 개수 및 치환된 중수소의 개수의 총 합)에 대한 치환된 중수소의 개수의 비율을 백분율로 계산한 것을 의미한다. 따라서 화합물의 "중수소 치환율" 또는 "중수소화도"가 "K%"라고 함은, 화합물 내 중수소로 치환 가능한 수소 중 K%가 중수소로 치환된 것을 의미한다.
이 때, 상기 "중수소 치환율" 또는 "중수소화도"는 MALDI-TOF MS(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometer), 핵자기 공명 분광법(1H NMR), TLC/MS(Thin-Layer Chromatography/Mass Spectrometry), 또는 GC/MS(Gas Chromatography/Mass Spectrometry) 등을 이용하여 통상적으로 알려진 방법에 따라 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, MALDI-TOF MS를 이용하는 경우 상기 "중수소 치환율" 또는 "중수소화도"는 MALDI-TOF MS 분석을 통해 화합물 내에 치환된 중수소 개수를 구한 다음, 화합물 내 존재할 수 있는 수소의 총 개수 대비 치환된 중수소의 개수의 비율을 백분율로 계산하여 구할 수 있다.
(화합물)
본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
종래 호스트 물질로 사용되던 안트라센 계열의 화합물은 분자량 400 내지 600 g/mol을 갖는 낮은 분자량의 화합물로 용매에 대한 용해성이 우수하여 용액 공정으로 발광층을 형성하는 데에 이용할 수는 있으나, 이후 발광층 상에 전자수송층과 같은 별도의 층을 용액 공정으로 도포하는 경우 전자수송층 형성을 위한 용매에 대한 내성이 좋지 않아 문제가 되었다.
이에 따라, 발광층의 형성을 위한 용매에 대해서는 높은 용해도를 나타내면서 동시에, 발광층 상에 구비될 수 있는 정공저지층, 전자수송층 또는 전자주입 및 수송층 등의 형성을 위한 용매에 대한 내성을 나타낼 수 있는 유기 물질에 대한 요구가 있어 왔다.
이에, 본 발명자들은 분자 오비탈 관점에서, (나프틸렌)-(나프틸렌) 링커를 가지면서 2개의 안트라센 구조를 포함하는 화합물의 경우, 나프틸렌끼리 2,2'번 위치로 서로 연결되고, 5, 7 및 8번 위치 중 하나와 5', 7' 및 8'번 위치 중 하나에 안트라센이 연결되면, 발광층 상의 별개의 층 형성을 위한 용매에 대해서는 내성을 나타낼 수 있을 정도의 분자량을 가지면서도 발광층의 형성을 위한 용매에 대해서는 높은 용해도를 나타낼 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 2개의 안트라센 고리가 바이나프틸렌 링커에 의해 연결된 구조를 갖는 화합물로, 상기 바이나프틸렌 링커는 나프틸렌끼리 2,2'번 위치로 서로 연결되고, 5, 7 및 8번 위치 중 하나와 5', 7' 및 8'번 위치 중 하나에 안트라센이 연결되는 것을 그 특징으로 한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 바이나프틸렌 링커가 2개의 안트라센과 6번 및 6'번 위치에 결합된 구조를 갖는 화합물 및 상기 바이나프틸렌 링커가 2,2'번 위치로 서로 연결되지 않는 화합물 대비 구조적인 특징으로 인하여 우수한 물질 안정성을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 일정 수준 이상의 분자량을 갖는 화합물은 증가된 분자량으로 인하여 용액 공정에서 사용되는 용매에 용해되지 않는 문제가 발생하게 된다. 이에, 용매에 대한 용해성을 높이기 위해서는 분자 내에 twist form이 충분히 유도되어야 하는데, 분자 오비탈 관점에서, (나프틸렌)-(나프틸렌) 링커를 가지면서 2개의 안트라센 구조를 포함하는 화합물의 경우, 나프틸렌끼리 2,2'번 위치로 서로 연결되고, 5, 7 및 8번 위치 중 하나와 5', 7' 및 8'번 위치 중 하나에 안트라센이 연결되면 분자 내 twist form이 효과적으로 유도될 수 있다.
이에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 일정 수준 이상의 분자량을 가져 발광층 상의 별개의 층 형성을 위한 용매에 대해서는 내성을 나타낼 수 있으면서 동시에, 상기 화학식 1과는 상이한 바이나프틸렌 링커를 갖는 화합물 대비 용해도가 높아, 상기 화합물을 이용하여 효과적으로 용액 공정으로 발광층의 형성이 가능하다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층으로 포함하는 최종 구비된 유기 발광 소자의 효율 및 수명이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에, 바이나프틸렌 링커와 L1 및 L2와의 결합위치를 표시하면 하기와 같다:
[화학식 1]
Figure pat00007
상기 화학식 1에서,
L1은 바이나프틸렌 링커의 *5번 위치의 탄소, *7번 위치의 탄소 및 *8번 위치의 탄소 중 어느 하나와 결합하고,
L2는 바이나프틸렌 링커의 *5'번 위치의 탄소, *7'번 위치의 탄소 및 *8'번 위치의 탄소 중 어느 하나와 결합한다.
구체적으로, 바이나프틸렌 링커와 L1 및 L2와의 결합위치를 (L1 결합 위치, L2 결합 위치)로 나타내면, 바이나프틸렌 링커와 L1 및 L2와의 결합위치는 (*5번, *5'번), (*5번, *7'번), (*5번, *8'번), (*7번, *7'번), (*7번, *8'번), 또는 (*8번, *8'번)일 수 있다.
이 중 바이나프틸렌 링커와 L1 및 L2와의 결합위치가 (*5번, *5'번), (*7번, *7'번), 또는 (*8번, *8'번) 인 것이 합성의 용이성 측면에서 바람직하다.
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 모두 수소이거나; 또는 모두 중수소일 수 있다.
또한, L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일결합; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C6-20 아릴렌일 수 있다.
또한, L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌, 치환 또는 비치환된 비페닐디일, 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌일 수 있다.
또한, L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일결합; 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,2-페닐렌; 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,3-페닐렌; 또는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,4-페닐렌일 수 있다.
구체적으로, L1 및 L2는 모두 단일 결합이거나; 또는
L1 및 L2 중 하나는 단일 결합이고, 나머지 하나는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 페닐렌일 수 있다.
예를 들어, L1 및 L2는 모두 단일 결합이거나; 또는
L1 및 L2 중 하나는 단일 결합이고, 나머지 하나는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,2-페닐렌; 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,3-페닐렌; 또는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,4-페닐렌일 수 있다.
또한 구체적으로, L3 및 L4는 모두 단일 결합이거나; 또는
L3 및 L4 중 하나는 단일 결합이고, 나머지 하나는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 페닐렌일 수 있다.
예를 들어, L3 및 L4는 모두 단일 결합이거나; 또는
L3 및 L4 중 하나는 단일 결합이고, 나머지 하나는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,2-페닐렌; 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,3-페닐렌; 또는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,4-페닐렌일 수 있다.
또한, L1 내지 L4는 모두 단일 결합이거나; 또는
L1 내지 L4 중 하나는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,2-페닐렌; 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,3-페닐렌; 또는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,4-페닐렌이고, 나머지는 모두 단일 결합일 수 있다.
또한, L1 및 L2는 서로 동일할 수 있다. 다르게는, L1 및 L2는 상이할 수 있다.
또한, L3 및 L4는 서로 동일할 수 있다. 다르게는, L3 및 L4는 상이할 수 있다.
또한, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 또는 2개의 헤테로원자를 포함하는 C2-20 헤테로아릴일 수 있다.
또한, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 비치환되거나 또는 중수소 및 페닐로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환되는 C6-20 아릴; 또는 비치환되거나 또는 중수소 및 페닐로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환되는 N, O 및 S 중 1개 또는 2개의 헤테로원자를 포함하는 C2-20 헤테로아릴일 수 있다.
구체적으로, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐, 치환 또는 비치환된 비페닐릴, 치환 또는 비치환된 나프틸, 치환 또는 비치환된 페난트릴, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐, 치환 또는 비치환된 카바졸일, 또는 치환 또는 비치환된 페닐카바졸일일 수 있다.
보다 구체적으로, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐, 비페닐릴, 나프틸, 페난트릴, 디벤조퓨라닐, 디벤조티오페닐, 카바졸일, 또는 페닐카바졸일이고,
여기서, Ar1 및 Ar2는 비치환되거나, 또는 1개 이상의 중수소로 치환될 수 있다.
또한, Ar1 및 Ar2는 서로 동일할 수 있다. 다르게는, Ar1 및 Ar2는 상이할 수 있다.
또한, L3-Ar1 및 L4-Ar2는 서로 동일할 수 있다. 다르게는, L3-Ar1 및 L4-Ar2는 상이할 수 있다.
또한, 중수소의 개수를 의미하는 a 및 b는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8이고, c 및 d는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이다.
일 구현예에서, a+b+c+d는 0이거나, 또는 10 이상일 수 있다.
예를 들어, a+b+c+d는 0이거나, 또는 10 이상, 15 이상, 20 이상, 25 이상, 26 이상, 27 이상, 또는 28 이상이면서, 36 이하일 수 있다.
또한, 상기 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
[화학식 1-1]
Figure pat00008
[화학식 1-2]
Figure pat00009
[화학식 1-3]
Figure pat00010
상기 화학식 1-1 내지 1-3에서,
R1, R2, L1 내지 L4, Ar1, Ar2 및 a 내지 d는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
또한, 상기 화합물은 중수소를 포함하지 않거나, 또는 1개 이상의 중수소를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 화합물은 중수소를 포함하지 않거나, 또는 1개 이상, 5개 이상, 10개 이상, 20개 이상, 30개 이상, 35개 이상, 또는 40개 이상이면서, 60개 이하, 55개 이하, 50개 이하, 49개 이하, 48개 이하, 47개 이하, 또는 46개 이하의 중수소를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 화합물의 중수소 치환율은 0% 이거나 또는 80% 이상일 수 있다.
일례로, 상기 화합물이 중수소를 포함하는 경우, 상기 화합물의 중수소 치환율은 1% 내지 100%일 수 있다. 구체적으로는, 상기 화합물의 중수소 치환율은 5% 이상, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 또는 80% 이상이면서, 100% 이하, 95% 이하, 또는 90% 이하일 수 있다.
또한, 상기 화합물은 분자량이 800 g/mol 이상일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 화합물은 분자량(g/mol)이 850 이상, 860 이상, 870 이상, 880 이상, 890 이상, 900 이상, 910 이상, 920 이상, 또는 930 이상이면서, 2,000 이하, 1,500 이하, 1,300 이하, 1,200 이하, 1,100 이하, 1,080 이하, 1,060 이하, 1,040 이하, 1,020 이하, 또는 1,000 이하일 수 있다.
이때, 상기 화합물의 중수소 치환 개수를 표시하고자 하는 경우, 하기 화학식 1D 로 표시할 수 있다:
[화학식 1D]
Figure pat00011
상기 화학식 1D에서,
Dn은 n 개의 수소가 중수소로 대체된 것을 의미하고,
여기서, n은 0 이상의 정수이고,
R'1, R'2, L'1 내지 L'4, Ar'1 및 Ar'2는 각각 중수소로 치환되지 않은 R1, R2, L1 내지 L4, Ar1 및 Ar2 치환기를 의미한다.
일 구현예에서, 상기 화합물이 적어도 하나의 중수소를 갖는 경우, 상기 화학식 1D에서 n은 1 이상의 정수이다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기 화학식으로 표시되는 화합물로 구성되는 군 및 이들의 중수소화된 구조로부터 선택되는 어느 하나이다:
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 일례로 a, b, c 및 d가 0인 경우 하기 반응식 1과 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00024
상기 반응식 1에서, 각 치환기에 대한 정의는 앞서 설명한 바와 같다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 스즈키 커플링 반응을 위한 반응기인 -OTf(-O3SCF3)기가 도입된 화합물 SM1과 화합물 SM2의 스즈키 커플링 반응을 통해 제조될 수 있다. 이 때, 스즈키 커플링 반응은 각각 팔라듐 촉매와 염기의 존재 하에 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스즈키 커플링 반응을 위한 반응기는 적절히 변경될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 중수소를 갖는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물(즉, 화학식 1D에서 n이 0 초과의 정수(n이 1 이상의 정수)인 화합물)은 하기 반응식 2와 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00025
상기 반응식 2에서, 각 치환기에 대한 정의는 앞서 설명한 바와 같다.
구체적으로, 적어도 하나의 중수소를 갖는 화학식 1로 표시되는 화합물은 중수소로 치환되지 않은 화학식 1로 표시되는 화합물을 중수소화하여 제조될 수 있다. 이 때, 중수소 치환 반응은 중수소로 치환되지 않은 화학식 1로 표시되는 화합물을 벤젠-D6(C6D6) 용액과 같은 중수소화된 용매에 투입한 후 TfOH(trifluoromethanesulfonic acid)와 반응시켜 수행될 수 있다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 반응식 1 및 2에서 반응 물질을 적절히 변경하여 제조될 수 있고, 이들의 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
한편. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 용액 공정에 사용되는 유기 용매, 예를 들어 사이클로헥사논과 같은 유기 용매에 대한 용해도가 높아, 높은 끓는점의 용매를 사용하는 잉크젯 도포법 등의 대면적 용액 공정에 사용이 적합하다.
본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기물층은 진공 증착법, 용액 공정 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 용액 공정에 대해서는 이하 상세히 설명한다.
(코팅 조성물)
한편, 본 발명에 따른 화합물은 용액 공정으로 유기 발광 소자의 유기물 층, 특히 발광층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 화합물은 발광층의 호스트 재료로 사용될 수 있다. 이를 위하여, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 화합물 및 용매를 포함하는 코팅 조성물을 제공한다.
상기 용매는 본 발명에 따른 화합물을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매이면 특별히 제한되지 않으며, 일례로 클로로포름, 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠 등의 염소계 용매; 테트라하이드로퓨란, 디옥산 등의 에테르계 용매; 톨루엔, 크실렌, 트리메틸벤젠, 메시틸렌, 1-메틸나프탈렌, 2-메틸나프탈렌 등의 방향족 탄화수소계 용매; 시클로헥산, 메틸시클로헥산, n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, n-노난, n-데칸 등의 지방족 탄화수소계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에스테르계 용매; 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디메톡시에탄, 프로필렌글리콜, 디에톡시메탄, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 글리세린, 1,2-헥산디올 등의 다가 알코올 및 그의 유도체; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 시클로헥산올 등의 알코올계 용매; 디메틸술폭사이드 등의 술폭사이드계 용매; 및 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드계 용매; 부틸벤조에이트, 메틸-2-메톡시벤조에이트, 에틸벤조에이트 등의 벤조에이트계 용매; 디메틸 프탈레이트, 디에틸 프탈레이트, 디페닐 프탈레이트 등의 프탈레이트 계 용매; 테트랄린; 3-페녹시톨루엔 등의 용매를 들 수 있다. 또한, 상술한 용매를 1종 단독으로 사용하거나 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 용매로 사이클로헥사논를 사용할 수 있다.
또한, 상기 코팅 조성물은 도펀트 재료로 사용되는 화합물을 더 포함할 수 있고, 상기 도펀트 재료에 사용되는 화합물에 대한 설명은 후술한다.
또한, 상기 코팅 조성물의 점도는 1 cP 이상이 바람직하다. 또한, 상기 코팅 조성물의 코팅 용이성을 감안하여, 상기 코팅 조성물의 점도는 10 cP 이하가 바람직하다. 또한, 상기 코팅 조성물 내 본 발명에 따른 화합물의 농도는 0.1 wt/v% 이상이 바람직하다. 또한, 상기 코팅 조성물이 최적으로 코팅될 수 있도록, 상기 코팅 조성물 내 본 발명에 따른 화합물의 농도는 20 wt/v%이하가 바람직하다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 상온/상압에서의 용해도(wt%)는 용매 사이클로헥사논을 기준으로 0.1 wt% 이상, 보다 구체적으로는 0.1 wt% 내지 5 wt%일 수 있다. 이에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 용매를 포함하는 코팅 조성물은 용액 공정에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 코팅 조성물을 사용하여 발광층을 형성하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 양극 상에, 또는 양극 상에 형성된 정공 수송층 상에 상술한 본 발명에 따른 발광층을 용액 공정으로 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 코팅 조성물을 열처리하는 단계를 포함한다.
상기 용액 공정은 상술한 본 발명에 따른 코팅 조성물을 사용하는 것으로, 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 열처리 단계에서 열처리 온도는 150 내지 230℃가 바람직하다. 또한, 상기 열처리 시간은 1분 내지 3시간이고, 보다 바람직하게는 10분 내지 1시간이다. 또한, 상기 열처리는 아르곤, 질소 등의 불활성 기체 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
(유기 발광 소자)
한편, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다. 일례로, 본 발명은 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 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자를 제공한다.
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 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함할 수 있고, 이때 상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자주입 및 수송층을 포함할 수 있고, 이때 상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층 또는 전자주입 및 수송층일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자억제층, 발광층 및 전자주입 및 수송층을 포함할 수 있고, 이때 상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층 또는 전자주입 및 수송층일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자억제층, 발광층, 전자저지층 및 전자주입 및 수송층을 포함할 수 있고, 이때 상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층 또는 전자주입 및 수송층일 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물 층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물 층으로서 발광층 이외에, 상기 제1전극과 상기 발광층 사이의 정공주입층 및 정공수송층, 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이의 전자수송층 및 전자주입층을 더 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수 또는 더 많은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 제1 전극이 양극이고, 제2 전극이 음극인, 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극이 음극이고, 제2 전극이 양극인, 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 2에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자주입 및 수송층(7) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 상기 발광층이 본 발명에 따른 화합물을 포함하고, 상술한 방법과 같이 제조되는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조할 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 유기물층 및 음극을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다(WO 2003/012890). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이거나, 또는 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 상기 정공 수송 물질로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하거나, 또는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 유기 발광 소자에는 상기 정공수송층과 발광층 사이에 전자 억제층이 구비되어 있을 수 있다. 상기 전자억제층은 상기 정공수송층 상에 형성되어, 바람직하게는 발광층에 접하여 구비되어, 정공이동도를 조절하고, 전자의 과다한 이동을 방지하여 정공-전자간 결합 확률을 높여줌으로써 유기 발광 소자의 효율을 개선하는 역할을 하는 층을 의미한다. 상기 전자억제층은 전자저지물질을 포함하고, 이러한 전자저지물질의 예로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하거나, 또는 아릴아민 계열의 유기물 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료로는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 호스트 재료로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 함께 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 사용될 수 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 유기 발광 소자에는 상기 발광층과 전자 수송층 사이에 정공저지층이 구비되어 있을 수 있다. 상기 정공저지층은 발광층 상에 형성되어, 바람직하게는 발광층에 접하여 구비되어, 전자이동도를 조절하고 정공의 과다한 이동을 방지하여 정공-전자간 결합 확률을 높여줌으로써 유기 발광 소자의 효율을 개선하는 역할을 하는 층을 의미한다. 상기 정공저지층은 정공저지물질을 포함하고, 이러한 정공저지물질의 예로 트리아진을 포함한 아진류유도체; 트리아졸 유도체; 옥사디아졸 유도체; 페난트롤린 유도체; 포스핀옥사이드 유도체 등의 전자흡인기가 도입된 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주입 및 수송층은 전극으로부터 전자를 주입하고, 수취된 전자를 발광층까지 수송하는 전자수송층 및 전자주입층의 역할을 동시에 수행하는 층으로, 상기 발광층 또는 상기 정공저지층 상에 형성된다. 이러한 전자 주입 및 수송물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 전자 주입 및 수송물질의 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물; 트리아진 유도체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 또는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물, 또는 질소 함유 5원환 유도체 등과 함께 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주입 및 수송층은 전자주입층 및 전자수송층과 같은 별개의 층으로도 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 전자 수송층은 상기 발광층 또는 상기 정공저지층 상에 형성되고, 상기 전자 수송층에 포함되는 전자 수송 물질로는 상술한 전자 주입 및 수송 물질이 사용될 수 있다. 또한, 전자 주입층은 상기 전자 수송층 상에 형성되고, 상기 전자 주입층에 포함되는 전자 주입 물질로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 플루오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 질소 함유 5원환 유도체 등이 사용될 수 있다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 재료 외에도, 상기 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 퀀텀닷 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물을 추가로 포함할 수 있다.
상기 퀀텀닷은 예를 들어, 콜로이드 퀀텀닷, 합금 퀀텀닷, 코어셸 퀀텀닷, 또는 코어 퀀텀닷일 수 있다. 제2족 및 제16족에 속하는 원소, 제13족 및 제15족에 속하는 원소, 제13족 및 제17족에 속하는 원소, 제11족 및 제17족에 속하는 원소, 또는 제14족 및 제15족에 속하는 원소를 포함하는 퀀텀닷일 수 있으며, 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As) 등의 원소를 포함하는 퀀텀닷이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 배면 발광(bottom emission) 소자, 전면 발광(top emission) 소자, 또는 양면 발광 소자일 수 있으며, 특히 상대적으로 높은 발광 효율이 요구되는 배면 발광 소자일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화합물은 유기 발광 소자 외에도 유기 태양 전지 또는 유기 트랜지스터에 포함될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 화합물 1의 제조
Figure pat00026
화합물 1-a(1.0 eq.) 및 화합물 1-b(1.1 eq.)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 THF에 용해시켰다. 물에 용해된 Cs2CO3(5.0 eq.)를 주입하였다. Bath 온도 80℃ 하에서 Pd(PPh3)4(10 mol%)를 적가하고 3일 동안 교반하였다. 반응 후, 반응물을 상온에서 식히고 EtOAc에 충분히 묽힌 뒤, EtOAc/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. MgSO4로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, Column Chromatography 정제하여 화합물 1-c(73% 수율)를 제조하였다.
화합물 1-c(1.0 eq.)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 무수 CH2Cl2에 용해하였다. 이후, pyridine(2.0 eq.)을 상온에서 적가한 뒤, bath 온도를 0℃로 낮춰 10분 동안 교반하였다. 이후, 무수 CH2Cl2에 용해한 Tf2O(1.2 eq.)를 dropping funnel을 이용하여 천천히 혼합물에 적가하고, bath 온도를 서서히 0℃에서 상온으로 올려준 뒤, 하룻밤 동안 교반하였다. 반응 후, 반응물을 CH2Cl2에 충분히 묽힌 뒤, CH2Cl2/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. MgSO4로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, Column Chromatography 정제하여 화합물 1-d(99% 수율)를 제조하였다.
화합물 1-d(1.0 eq.) 및 화합물 1-e(1.1 eq.)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 THF에 용해시켰다. 물에 용해된 Na2CO3(3.0 eq.)를 주입하였다. Bath 온도 80℃ 하에서 Pd(PPh3)4(10 mol%)를 적가하고 하룻밤 동안 교반하였다. 반응 후, 반응물을 상온에서 식히고 EtOAc에 충분히 묽힌 뒤, EtOAc/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. MgSO4로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, Column Chromatography 정제하여 화합물 1-f (71% 수율)를 제조하였다.
화합물 1-f(1.0 eq.)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 무수 CH2Cl2에 용해하였다. 이후, pyridine(2.0 eq.)을 상온에서 적가한 뒤, bath 온도를 0℃로 낮춰 10분 동안 교반하였다. 이후, 무수 CH2Cl2에 용해한 Tf2O(1.2 eq.)를 dropping funnel을 이용하여 천천히 혼합물에 적가하고, bath 온도를 서서히 0℃에서 상온으로 올려준 뒤, 하룻밤 동안 교반하였다. 반응 후, 반응물을 CH2Cl2에 충분히 묽힌 뒤, CH2Cl2/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. MgSO4로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, Column Chromatography 정제하여 화합물 1-g (99% 수율)를 제조하였다.
화합물 1-g(1.0 eq.) 및 화합물 1-h(1.1 eq.)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 THF에 용해시켰다. 물에 용해된 Na2CO3(3.0 eq.)를 주입하였다. Bath 온도 80℃ 하에서 Pd(PPh3)4(10 mol%)를 적가하고 하룻밤 동안 교반하였다. 반응 후, 반응물을 상온에서 식히고 EtOAc에 충분히 묽힌 뒤, EtOAc/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. MgSO4로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, Column Chromatography 정제하여 화합물 1 (84% 수율)을 제조하였다.
m/z [M+H]+ 935.4
제조예 2: 화합물 2의 제조
Figure pat00027
합성은 화합물 1-h 대신 화합물 2-a를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 2를 제조하였다.
m/z [M+H]+ 935.4
제조예 3: 화합물 3의 제조
Figure pat00028
합성은 화합물 1-h 대신 화합물 3-a를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 3을 제조하였다.
m/z [M+H]+ 935.4
제조예 4: 화합물 4의 제조
Figure pat00029
합성은 화합물 1-h 대신 화합물 4-a를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 4를 제조하였다.
m/z [M+H]+ 935.4
제조예 5: 화합물 5의 제조
Figure pat00030
합성은 화합물 1-h 대신 화합물 5-a를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 5를 제조하였다.
m/z [M+H]+ 935.4
제조예 6: 화합물 6의 제조
Figure pat00031
합성은 화합물 1-b 대신 화합물 6-a, 화합물 1-c 대신 화합물 6-b, 화합물 1-d 대신 화합물 6-c, 화합물 1-f 대신 화합물 6-d, 화합물 1-g 대신 화합물 6-e, 화합물 1-h 대신 화합물 6-f를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 6을 제조하였다.
m/z [M+H]+ 975.4
제조예 7: 화합물 7의 제조
Figure pat00032
합성은 화합물 1-b 대신 화합물 7-a, 화합물 1-c 대신 화합물 7-b, 화합물 1-d 대신 화합물 7-c, 화합물 1-f 대신 화합물 7-d, 화합물 1-g 대신 화합물 7-e, 화합물 1-h 대신 화합물 7-f를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 7을 제조하였다.
m/z [M+H]+ 975.4
. 제조예 8: 화합물 8의 제조
Figure pat00033
합성은 화합물 7-f 대신 화합물 8-a를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 7과 동일하게 화합물 8을 제조하였다.
m/z [M+H]+ 975.4
제조예 9: 화합물 9의 제조
Figure pat00034
합성은 화합물 1-a 대신 화합물 9-a, 화합물 1-b 대신 화합물 7-a, 화합물 1-c 대신 화합물 9-b, 화합물 1-d 대신 화합물 9-c, 화합물 1-e 대신 화합물 9-d, 화합물 1-f 대신 화합물 9-e, 화합물 1-g 대신 화합물 9-f, 화합물 1-h 대신 화합물 8-a 를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 9를 제조하였다.
m/z [M+H]+ 975.4
제조예 10: 화합물 10의 제조
Figure pat00035
합성은 화합물 1-a 대신 화합물 9-a, 화합물 1-c 대신 화합물 10-a, 화합물 1-d 대신 화합물 10-b, 화합물 1-e 대신 화합물 9-d, 화합물 1-f 대신 화합물 10-c, 화합물 1-g 대신 화합물 10-d, 화합물 1-h 대신 화합물 3-a 를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 10을 제조하였다.
m/z [M+H]+ 935.4
제조예 11: 화합물 11의 제조
Figure pat00036
합성은 화합물 1-a 대신 화합물 11-a, 화합물 1-c 대신 화합물 11-b, 화합물 1-d 대신 화합물 11-c, 화합물 1-e 대신 화합물 11-d, 화합물 1-f 대신 화합물 11-e, 화합물 1-g 대신 화합물 11-f를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 11을 제조하였다.
m/z [M+H]+ 935.4
제조예 12: 화합물 12의 제조
Figure pat00037
합성은 화합물 1-a 대신 화합물 11-a, 화합물 1-b 대신 화합물 7-a, 화합물 1-c 대신 화합물 12-a, 화합물 1-d 대신 화합물 12-b, 화합물 1-e 대신 화합물 12-c, 화합물 1-f 대신 화합물 12-d, 화합물 1-g 대신 화합물 12-e, 화합물 1-h 대신 화합물 8-a 를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 화합물 12를 제조하였다.
m/z [M+H]+ 975.4
제조예 13: 화합물 13의 제조
Figure pat00038
질소 분위기 하에 화합물 1(1.0 eq.)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 benzene-D6 (150 eq.)에 용해시켰다. 트리플루오로메탄설폰산 (Trifluoromethanesulfonic acid; TfOH, 2.0 eq.)를 반응물에 천천히 적가하고, 25℃ 하에서 2시간 동안 교반하였다. 반응물에 D2O를 적가하여 반응을 종결시키고, potassium phosphate tribasic(30 wt% in aqueous solution, 2.4 eq.)를 적가하여 수층의 pH를 9-10으로 맞추었다. CH2Cl2/DI water로 수세하여 유기층을 분리하였다. MgSO4로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, Column Chromatography 정제하여 화합물 13(a+b+c+d+e+f+g=40-46, 87% 수율, 중수소 치환율 87.0-100 %)을 제조하였다. 이 때, 중수소 치환율은 화합물 내 치환된 중수소의 개수를 MALDI-TOF MS(Matrix-Assisted Laser Desorption/ Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometer) 분석을 통해 구한 후, 화학식 내 존재할 수 있는 수소의 총 개수 대비 치환된 중수소의 개수의 백분율로 계산되었다.
제조예 14: 화합물 14의 제조
Figure pat00039
질소 분위기 하에 화합물 9(1.0 eq.)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 benzene-D6 (150 eq.)에 용해시켰다. TfOH(2.0 eq.)를 반응물에 천천히 적가하고, 25℃ 하에서 2시간 동안 교반하였다. 반응물에 D2O를 적가하여 반응을 종결시키고, potassium phosphate tribasic(30 wt% in aqueous solution, 2.4 eq.)를 적가하여 수층의 pH를 9-10으로 맞추었다. CH2Cl2/DI water로 수세하여 유기층을 분리하였다. MgSO4로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, Column Chromatography 정제하여 화합물 14(a+b+c+d+e+f+g=40-46, 85% 수율, 중수소 치환율 87.0-100 %)을 제조하였다. 이 때, 중수소 치환율은 화합물 12와 마찬가지의 방법으로 계산되었다.
비교제조예 1: 비교화합물 A의 제조
Figure pat00040
합성은 화합물 1-a 대신 화합물 A-a, 화합물 1-b 대신 화합물 A-b, 화합물 1-c 대신 화합물 A-c, 화합물 1-d 대신 화합물 A-d, 화합물 1-e 대신 화합물 A-e, 화합물 1-f 대신 화합물 A-f, 화합물 1-g 대신 화합물 A-g, 화합물 1-h 대신 A-h 를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 비교화합물 A 를 제조하였다.
m/z [M+H]+ 835.3
비교제조예 2: 비교화합물 B의 제조
Figure pat00041
합성은 화합물 1-a 대신 화합물 B-a, 화합물 1-b 대신 화합물 B-b, 화합물 1-c 대신 화합물 B-c, 화합물 1-d 대신 화합물 B-d, 화합물 1-e 대신 화합물 B-e, 화합물 1-f 대신 화합물 B-f, 화합물 1-g 대신 화합물 B-g, 화합물 1-h 대신 B-h 를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 1과 동일하게 비교화합물 B 를 제조하였다.
m/z [M+H]+ 1087.4
실험예 1: 용해도 측정
상기 제조예에서 제조한 화합물 1 내지 14, 화합물 A 및 화합물 B를 각각 25℃에서 사이클로헥사논에 1.3 wt% 농도로 용해가 가능한지 여부를 확인하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 이 때, "O" 표시는 화합물이 사이클로헥사논에 용이하게 용해되었음을 의미하고, "△" 표시는 80℃의 사이클로헥사논에 화합물이 용해되었음을 의미하고, "X" 표시는 화합물이 사이클로헥사논에 용해되지 않음을 의미한다.
화합물 용해도 (1.3 wt%)
화합물 1 O
화합물 2 O
화합물 3 O
화합물 4 O
화합물 5 O
화합물 6 O
화합물 7 O
화합물 8 O
화합물 9 O
화합물 10 O
화합물 11 O
화합물 12 O
화합물 13 O
화합물 14 O
화합물 A X
화합물 B
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물들은 모두 사이클로헥사논에 1.3 wt% 농도로 용해가 가능하였지만, 비교화합물 A 및 B는 상온에서 용해가 불가능하여, 유기 발광 소자 유기층을 용액 공정으로 제조 시 유기층을 이루는 화합물로 사용할 수 없음을 알 수 있다.
이는 (나프틸렌)-(나프틸렌) 링커의 결합각이 분자의 용해도 차이를 만들기 때문이다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과는 상이한 (나프틸렌)-(나프틸렌) 링커를 갖는 비교화합물 A 및 B는 "나프틸렌" 링커의 2 개의 시그마 결합 오비탈이 분자 내 twist form을 효과적으로 유도하지 못하고 판상 구조만 유도하는 반면 상기 화학식 1로 표기되는 화합물들의 (나프틸렌)-(나프틸렌) 링커 결합각은 용해도를 증가시키기에 충분한 정도로 twist form을 유도할 수 있기 때문이다.
따라서, 상기 용해도 측정을 통하여 일정 분자량 이상의 화합물의 경우 용해도를 증가시키기 위해서는 동일한 모이어티 구조를 갖는다고 하더라도 분자 내에 판상이 아닌 twist form이 효과적으로 유도되어야 함을 알 수 있다.
실시예 1
ITO(indium tin oxide)가 500 Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필, 아세톤의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후, 상기 기판을 5 분 간 세정한 후 글로브박스로 기판을 수송시켰다.
Figure pat00042
상기 ITO 투명 전극 위에, 상기 화합물 O 및 화합물 P(2:8의 중량비)를 20 wt/v%로 사이클로헥사논에 녹인 코팅 조성물을 스핀 코팅(4000 rpm)하고 200 ℃에서 30 분 동안 열처리(경화)하여 400 Å 두께로 정공주입층을 형성하였다.
Figure pat00043
상기 정공주입층 위에 상기 화합물 Q(Mn: 27,900; Mw: 35,600; Agilent 1200 series를 이용하여 PC 스텐다드(Standard)를 이용한 GPC로 측정)를 6 wt/v%로 톨루엔에 녹인 코팅 조성물을 스핀 코팅(4000 rpm)하고 200 ℃에서 30 분 동안 열처리하여 200 Å 두께의 정공수송층을 형성하였다.
Figure pat00044
상기 정공수송층 위에 발광층 호스트로 앞서 제조예 1에서 제조한 화합물 1과 발광층 도펀트로 상기 화합물 R(98:2의 중량비)을 1.3 wt/v%로 사이클로헥사논에 녹인 코팅 조성물을 스핀 코팅(4000 rpm)하고 180℃에서 30 분 동안 열처리하여 400 Å 두께로 발광층을 형성하였다.
Figure pat00045
진공 증착기로 이송한 후, 상기 발광층 위에 상기 화합물 S를 350 Å 두께로 진공 증착하여 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 10 Å 두께로 LiF와 1000 Å 두께로 알루미늄을 증착하여 캐소드를 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.4 내지 0.7 Å/sec를 유지하였고, LiF는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착 시 진공도는 2*10-7 내지 5*10-8 torr를 유지하였다.
실시예 2 내지 실시예 14
발광층의 호스트로 화합물 1 대신 하기 표 2에 기재된 화합물을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다. 상기 실시예 1 내지 14에서 사용된 화합물을 정리하면 하기와 같다.
Figure pat00046
Figure pat00047
비교예 1 및 비교예 2
발광층의 호스트로 화합물 1 대신 하기 표 2에 기재된 화합물을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
실험예 2: 유기 발광 소자의 특성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 유기 발광 소자에 전류를 인가하였을 때, 10 mA/cm2의 전류 밀도에서의 구동 전압, 외부 양자 효율(external quantum efficiency, EQE) 및 수명을 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 외부양자효율(EQE)은 "(방출된 광자 수)/(주입된 전하운반체 수)*100"으로 구하였고, T90는 휘도가 초기 휘도(200 nit)에서 90 %로 감소하는데 소요되는 시간을 의미한다.
구분 발광층
호스트
구동전압
(V @10mA/cm2)
EQE
(% @10mA/cm2)
수명(hr)
(T90 @500 nit)
실시예 1 화합물 1 6.4 5.53 621
실시예 2 화합물 2 6.4 5.57 685
실시예 3 화합물 3 6.6 5.48 662
실시예 4 화합물 4 6.0 5.37 725
실시예 5 화합물 5 6.2 5.32 679
실시예 6 화합물 6 6.4 5.41 733
실시예 7 화합물 7 6.1 5.56 649
실시예 8 화합물 8 6.5 5.49 630
실시예 9 화합물 9 6.4 5.43 680
실시예 10 화합물 10 6.3 5.4 615
실시예 11 화합물 11 6.5 5.46 654
실시예 12 화합물 12 6.2 5.45 659
실시예 13 화합물 13 6.1 5.59 748
실시예 14 화합물 14 6.3 5.47 705
비교예 1 화합물 A 6.8 4.05 321
비교예 2 화합물 B 6.9 4.17 419
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 화합물을 발광층에 호스트로 포함하는 유기 발광 소자는, 비교예의 소자 대비 동등 수준의 전압을 나타내면서 향상된 효율 및 수명을 나타냄이 확인된다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 실시예의 유기 발광 소자는, 비교 화합물 A 및 B를 각각 발광층의 호스트로 사용한 비교예 1 내지 2의 유기 발광 소자에 비하여, 효율 및 수명이 현저히 향상되었다. 이는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 갖는 구조적인 특성으로 인하여 물질 안정성이 향상되었기 때문인 것으로 판단된다.
따라서, 유기 발광 소자의 호스트 물질로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 채용하는 경우, 유기 발광 소자의 외부 양자 효율 및 수명 특성을 동시에 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.
1: 기판 2: 양극
3: 발광층 4: 음극
5: 정공주입층 6: 정공수송층
7: 전자주입 및 수송층

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00048

    상기 화학식 1에서,
    D는 중수소를 의미하고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소이고,
    L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 8의 정수이고,
    c 및 d는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    R1 및 R2는 모두 수소이거나; 또는 모두 중수소인,
    화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    L1 내지 L4는 각각 독립적으로 단일결합; 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,2-페닐렌; 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,3-페닐렌; 또는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 1,4-페닐렌인,
    화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    L1 및 L2는 모두 단일 결합이거나; 또는
    L1 및 L2 중 하나는 단일 결합이고, 나머지 하나는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 페닐렌인,
    화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    L3 및 L4는 모두 단일 결합이거나; 또는
    L3 및 L4 중 하나는 단일 결합이고, 나머지 하나는 비치환되거나, 또는 1개 내지 4개의 중수소로 치환된 페닐렌인,
    화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐, 비페닐릴, 나프틸, 페난트릴, 디벤조퓨라닐, 디벤조티오페닐, 카바졸일, 또는 페닐카바졸일이고,
    여기서, Ar1 및 Ar2는 비치환되거나, 또는 1개 이상의 중수소로 치환되는,
    화합물.
  7. 제1항에 있어서,
    a+b+c+d는 0이거나, 또는 10 이상인,
    화합물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시되는,
    화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00049

    [화학식 1-2]
    Figure pat00050

    [화학식 1-3]
    Figure pat00051

    상기 화학식 1-1 내지 1-3에서,
    R1, R2, L1 내지 L4, Ar1, Ar2 및 a 내지 d는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화합물의 중수소 치환율은 0% 이거나 또는 80% 이상인,
    화합물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 화합물은 분자량이 800 g/mol 이상인,
    화합물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물로 구성되는 군 및 이들의 중수소화된 구조로부터 선택되는 어느 하나인,
    화합물:

    Figure pat00052

    Figure pat00053

    Figure pat00054

    Figure pat00055

    Figure pat00056

    Figure pat00057

    Figure pat00058

    Figure pat00059

    Figure pat00060

    Figure pat00061

    Figure pat00062

    Figure pat00063

    .
  12. 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 1층 이상은 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층인,
    유기 발광 소자.
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