KR20240019721A - 복수 종의 호스트 재료, 유기 전계 발광 화합물 및이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본원은 복수 종의 호스트 재료, 유기 전계 발광 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로, 본원에 따른 특정 조합의 화합물을 복수 종의 호스트 재료로 포함함으로써, 또는 본원에 따른 화합물을 포함함으로써 종래의 유기 전계 발광 소자에 비해 구동 전압, 발광 효율 및/또는 수명 특성이 개선된 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 복수 종의 호스트 재료, 유기 전계 발광 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
이스트만 코닥 사의 Tang 등이 1987년에 발광층과 전하 전달층으로 이루어진 TPD/Alq3 이중층 저분자 녹색 유기 전계 발광 소자(OLED)를 처음으로 개발한 이후, 유기 전계 발광 소자에 대한 연구가 급속도로 빠르게 이루어져 현재 상용화에 이르렀다. 현재, 유기 전계 발광 소자는 패널 구현에 있어 발광 효율이 뛰어난 인광 물질을 주로 사용하고 있다. TV, 조명과 같은 많은 응용 분야에서, OLED 수명이 불충분하다는 문제점에 직면하고 있으며, OLED의 고효율이 여전히 요구된다. 일반적으로 OLED의 휘도가 높을수록, OLED의 수명은 단축된다. 따라서, 디스플레이의 장시간 사용과 높은 해상도를 위해서 높은 발광 효율 및/또는 장 수명을 갖는 OLED가 요구되고 있다.
발광 효율, 구동 전압 및/또는 수명을 개선시키기 위하여 유기 전계 발광 소자의 유기층에 여러 재료들 또는 컨셉들이 제안되어 왔으나, 현실적으로 사용하기에는 만족스럽지 못하였다. 또한, 기존에 개시된 특정 화합물의 조합에 비해 보다 개선된 성능, 예컨대 개선된 구동전압, 발광효율, 전력효율 및/또는 수명 특성을 갖는 유기 전계 발광 재료를 개발하는 것이 지속적으로 요구되고 있다.
한편, 한국공개특허공보 제2015-0117173호 및 제2021-0089596호는 아릴로 치환된 피리미디닐 및/또는 트리아진일 구조를 기본 골격으로 하는 화합물, 및 비스카바졸을 기본 골격으로 하는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 개시하고 있으나, 본원에서 청구하는 특정 조합의 화합물을 포함하는 복수 종의 호스트 재료를 구체적으로 개시하고 있지 않다. 또한, 한국공개특허공보 제2016-0141672호 및 제2015-0088712호는 아릴로 치환된 피리미디닐 및/또는 트리아진일 구조를 기본 골격으로 하는 화합물을 개시하고 있으나, 본원에서 청구하는 유기 전계 발광 화합물을 구체적으로 개시하고 있지 않다. 이에, 기존에 개시된 특정 화합물의 조합에 비해 보다 개선된 성능, 예컨대 개선된 구동전압, 발광효율 및/또는 수명 특성을 갖는 발광 재료를 개발하는 것이 지속적으로 요구되고 있다.
본원의 목적은, 구동 전압, 발광 효율 및/또는 수명 특성이 개선된 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있는 개선된 복수 종의 호스트 재료를 제공하는 것이다. 본원의 다른 목적은, 유기 전계 발광 소자에 적용하기에 적합한 새로운 구조의 유기 전계 발광 화합물을 제공하는 것이다. 본원의 또 다른 목적은, 본원의 화합물 또는 특정 조합의 화합물을 포함함으로써, 구동 전압, 발광 효율 및/또는 수명 특성이 개선된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 본 발명자들은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 호스트 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 호스트 화합물을 포함하고, 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물 중 적어도 하나는 중수소를 포함하는 것인, 복수 종의 호스트 재료; 또는 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물이 상술한 목적을 달성함을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이고;
Ra 는 수소 또는 중수소이고;
Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고;
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
A1 및 A2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴이고;
X15 내지 X18 중 어느 하나와 X19 내지 X22 중 어느 하나는 서로 연결되어 단일결합을 형성하며;
X11 내지 X14, X23 내지 X26, 및 단일 결합을 형성하지 않는 X15 내지 X22는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환기와 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
[화학식 1-1]
상기 화학식 1-1에서,
X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이고;
Ra 는 수소 또는 중수소이고;
Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고; 단, Ar1 내지 Ar3는 서로 상이하고, 나프탈렌을 포함하는 구조 및 하기 구조는 제외된다.
본원에 따른 특정 조합의 화합물을 복수 종의 호스트 재료로 포함함으로써, 또는 본원에 따른 화합물을 포함함으로써, 종래의 유기 전계 발광 소자에 비해 낮은 구동 전압, 높은 발광 효율 및/또는 우수한 수명 특성을 갖는 유기 전계 발광 소자가 제공되며, 이를 이용한 표시 장치 또는 조명 장치의 제조가 가능하다.
도 1은, 본원에 따른 유기 전계 발광 화합물의 대표적인 화학식이다.
이하에서 본원을 더욱 상세히 설명하나, 이는 설명을 위한 것으로 본원의 범위를 제한하도록 해석되어서는 안 된다.
본원에서 "유기 전계 발광 화합물"은 유기 전계 발광 소자에 사용될 수 있는 화합물을 의미하며, 필요에 따라 유기 전계 발광 소자를 구성하는 임의의 층에 포함될 수 있다.
본원에서 "유기 전계 발광 재료"는 유기 전계 발광 소자에 사용될 수 있는 재료를 의미하고, 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있으며, 필요에 따라 유기 전계 발광 소자를 구성하는 임의의 층에 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 유기 전계 발광 재료는 정공 주입 재료, 정공 전달 재료, 정공 보조 재료, 발광 보조 재료, 전자 차단 재료, 발광 재료(호스트 재료 및 도판트 재료 포함), 전자 버퍼 재료, 정공 차단 재료, 전자 전달 재료, 전자 주입 재료 등일 수 있다.
본원에서 "복수 종의 호스트 재료"는 유기 전계 발광 소자를 구성하는 임의의 발광층에 포함될 수 있는 2종 이상의 화합물의 조합을 포함하는 호스트 재료를 의미하고, 유기 전계 발광 소자에 포함되기 전 (예를 들면, 증착 전) 및 포함된 후 (예를 들면, 증착 후)의 재료를 모두 의미할 수 있다. 일례로, 본원의 복수 종의 호스트 재료는 2종 이상의 호스트 재료가 조합된 것으로서, 선택적으로, 유기 전계 발광 재료에 포함되는 통상의 물질을 추가로 포함한 것일 수 있다. 본원의 복수 종의 호스트 재료에 포함된 2종 이상의 화합물은 하나의 발광층에 함께 포함될 수도 있고, 각각 다른 발광층에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 상기 2종 이상의 호스트 재료는 혼합증착 또는 공증착되거나, 개별적으로 증착될 수 있다.
본원에 기재되어 있는 "(C1-C30)알킬"은 쇄를 구성하는 탄소수가 1 내지 30개인 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 의미하고, 여기에서 탄소수가 1 내지 10개인 것이 바람직하고, 1 내지 6개인 것이 더 바람직하다. 상기 알킬의 구체적인 예로서, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸 등이 있다. 본원에서 "(C3-C30)시클로알킬"은 환 골격 탄소수가 3 내지 30개인 단일환 또는 다환 탄화수소를 의미하고, 여기에서 탄소수가 3 내지 20개인 것이 바람직하고, 3 내지 7개인 것이 더 바람직하다. 상기 시클로알킬의 예로서, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸 등이 있다. 본원에서 "(3-7원)헤테로시클로알킬"은 환 골격 원자수가 3 내지 7개이고, B, N, O, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자, 바람직하게는 O, S 및 N에서 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 시클로알킬을 의미하고, 예를 들어, 테트라하이드로푸란, 피롤리딘, 티올란, 테트라하이드로피란 등이 있다. 본원에서 "(C6-C30)아릴"은 환 골격 탄소수가 6 내지 30개인 방향족 탄화수소에서 유래된 단일환 또는 융합환계 라디칼을 의미하고, 부분적으로 포화될 수도 있다. 상기 아릴은 스피로 구조를 가진 것을 포함한다. 상기 아릴의 예로서, 페닐, 비페닐, 터페닐, 쿼터페닐, 나프틸, 비나프틸, 페닐나프틸, 나프틸페닐, 플루오레닐, 페닐플루오레닐, 디페닐플루오레닐, 벤조플루오레닐, 디벤조플루오레닐, 페난트레닐, 페닐페난트레닐, 벤조페난트레닐, 안트라세닐, 인데닐, 트리페닐레닐, 피레닐, 테트라세닐, 페릴레닐, 크리세닐, 나프타세닐, 플루오란테닐, 스피로비플루오레닐, 스피로[플루오렌-벤조플루오렌]일, 스피로[사이클로펜텐-플루오렌]일, 스피로[디하이드로인덴-플루오렌]일, 아쥴레닐, 테트라메틸디하이드로페난트레닐 등이 있다. 구체적으로, 상기 아릴의 예로는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 1-안트릴, 2-안트릴, 9-안트릴, 벤즈안트릴, 1-페난트릴, 2-페난트릴, 3-페난트릴, 4-페난트릴, 9-페난트릴, 나프타세닐, 피레닐, 1-크리세닐, 2-크리세닐, 3-크리세닐, 4-크리세닐, 5-크리세닐, 6-크리세닐, 벤조[c]페난트릴, 벤조[g]크리세닐, 1-트리페닐레닐, 2-트리페닐레닐, 3-트리페닐레닐, 4-트리페닐레닐, 1-플루오레닐, 2-플루오레닐, 3-플루오레닐, 4-플루오레닐, 9-플루오레닐, 벤조[a]플루오레닐, 벤조[b]플루오레닐, 벤조[c]플루오레닐, 디벤조플루오레닐, 2-비페닐일, 3-비페닐일, 4-비페닐일, o-터페닐, m-터페닐-4-일, m-터페닐-3-일, m-터페닐-2-일, p-터페닐-4-일, p-터페닐-3-일, p-터페닐-2-일, m-쿼터페닐, 3-플루오란테닐, 4-플루오란테닐, 8-플루오란테닐, 9-플루오란테닐, 벤조플루오란테닐, o-톨릴, m-톨릴, p-톨릴, 2,3-자일릴, 3,4-자일릴, 2,5-자일릴, 메시틸, o-쿠멘일, m-쿠멘일, p-쿠멘일, p-tert-부틸페닐, p-(2-페닐프로필)페닐, 4'-메틸비페닐, 4"-tert-부틸-p-터페닐-4-일, 9,9-디메틸-1-플루오레닐, 9,9-디메틸-2-플루오레닐, 9,9-디메틸-3-플루오레닐, 9,9-디메틸-4-플루오레닐, 9,9-디페닐-1-플루오레닐, 9,9-디페닐-2-플루오레닐, 9,9-디페닐-3-플루오레닐, 9,9-디페닐-4-플루오레닐, 11,11-디메틸-1-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-2-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-3-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-4-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-5-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-6-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-7-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-8-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-9-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-10-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디메틸-1-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-2-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-3-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-4-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-5-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-6-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-7-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-8-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-9-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-10-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디메틸-1-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-2-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-3-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-4-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-5-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-6-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-7-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-8-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-9-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디메틸-10-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-1-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-2-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-3-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-4-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-5-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-6-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-7-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-8-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-9-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-10-벤조[a]플루오레닐, 11,11-디페닐-1-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-2-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-3-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-4-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-5-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-6-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-7-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-8-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-9-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-10-벤조[b]플루오레닐, 11,11-디페닐-1-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-2-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-3-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-4-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-5-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-6-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-7-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-8-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-9-벤조[c]플루오레닐, 11,11-디페닐-10-벤조[c]플루오레닐, 9,9,10,10-테트라메틸-9,10-디하이드로-1-페난트레닐, 9,9,10,10-테트라메틸-9,10-디하이드로-2-페난트레닐, 9,9,10,10-테트라메틸-9,10-디하이드로-3-페난트레닐, 9,9,10,10-테트라메틸-9,10-디하이드로-4-페난트레닐 등을 들 수 있다.
본원에서 "(3-30원)헤테로아릴"은 환 골격 원자수가 3 내지 30개이고, B, N, O, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 아릴기를 의미한다. 헤테로원자수는 바람직하게는 1 내지 4개이고, 단일 환계이거나 하나 이상의 벤젠환과 축합된 융합환계일 수 있으며, 부분적으로 포화될 수도 있다. 또한, 본원에서 상기 헤테로아릴은 하나 이상의 헤테로아릴 또는 아릴기가 단일결합에 의해 헤테로아릴기와 연결된 형태도 포함하며, 스피로 구조를 가진 것도 포함한다. 상기 헤테로아릴의 예로서, 푸릴, 티오펜일, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 티아디아졸릴, 이소티아졸릴, 이속사졸릴, 옥사졸릴, 옥사디아졸릴, 트리아진일, 테트라진일, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 푸라잔일, 피리딜, 피라진일, 피리미딘일, 피리다진일 등의 단일 환계 헤테로아릴, 벤조푸란일, 벤조티오펜일, 이소벤조푸란일, 디벤조푸란일, 디벤조티오펜일, 디벤조셀레노페닐, 나프토벤조푸란일, 나프토벤조티오펜일, 나프토옥사졸릴, 벤조푸로퀴놀릴, 벤조푸로퀴나졸리닐, 벤조푸로나프티리디닐, 벤조푸로피리미디닐, 나프토푸로피리미디닐, 벤조티에노퀴놀릴, 벤조티에노퀴나졸리닐, 나프티리디닐, 벤조티에노나프티리디닐, 벤조티에노피리미디닐, 나프토티에노피리미디닐, 피리미도인돌릴, 벤조피리미도인돌릴, 벤조푸로피라지닐, 나프토푸로피라지닐, 벤조티에노피라지닐, 나프토티에노피라지닐, 피라지노인돌릴, 벤조피라지노인돌릴, 벤조이미다졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조이소티아졸릴, 벤조이속사졸릴, 벤조옥사졸릴, 이소인돌릴, 인돌릴, 인다졸릴, 벤조티아디아졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 신놀리닐, 퀴나졸리닐, 벤조퀴나졸리닐, 퀴녹살리닐, 벤조퀴녹살리닐, 카바졸릴, 벤조카바졸릴, 디벤조카바졸릴, 페녹사진일, 페난트리딘일, 벤조디옥솔릴, 디하이드로아크리디닐, 벤조트리아졸, 페나진일, 이미다조피리딜, 크로메노퀴나졸리닐, 티오크로메노퀴나졸리닐, 디메틸벤조피리미디닐, 인돌로카바졸릴, 인데노카바졸릴 등의 융합 환계 헤테로아릴 등이 있다. 더욱 구체적으로, 상기 헤테로아릴의 예로는, 1-피롤릴, 2-피롤릴, 3-피롤릴, 피라지닐, 2-피리디닐, 2-피리미디닐, 4-피리미디닐, 5-피리미디닐, 6-피리미디닐, 1,2,3-트리아진-4-일, 1,2,4-트리아진-3-일, 1,3,5-트리아진-2-일, 1-이미다졸릴, 2-이미다졸릴, 1-피라졸릴, 1-인돌리디닐, 2-인돌리디닐, 3-인돌리디닐, 5-인돌리디닐, 6-인돌리디닐, 7-인돌리디닐, 8-인돌리디닐, 2-이미다조피리디닐, 3-이미다조피리디닐, 5-이미다조피리디닐, 6-이미다조피리디닐, 7-이미다조피리디닐, 8-이미다조피리디닐, 3-피리디닐, 4-피리디닐, 1-인돌릴, 2-인돌릴, 3-인돌릴, 4-인돌릴, 5-인돌릴, 6-인돌릴, 7-인돌릴, 1-이소인돌릴, 2-이소인돌릴, 3-이소인돌릴, 4-이소인돌릴, 5-이소인돌릴, 6-이소인돌릴, 7-이소인돌릴, 2-푸릴, 3-푸릴, 2-벤조푸라닐, 3-벤조푸라닐, 4-벤조푸라닐, 5-벤조푸라닐, 6-벤조푸라닐, 7-벤조푸라닐, 1-이소벤조푸라닐, 3-이소벤조푸라닐, 4-이소벤조푸라닐, 5-이소벤조푸라닐, 6-이소벤조푸라닐, 7-이소벤조푸라닐, 2-퀴놀릴, 3-퀴놀릴, 4-퀴놀릴, 5-퀴놀릴, 6-퀴놀릴, 7-퀴놀릴, 8-퀴놀릴, 1-이소퀴놀릴, 3-이소퀴놀릴, 4-이소퀴놀릴, 5-이소퀴놀릴, 6-이소퀴놀릴, 7-이소퀴놀릴, 8-이소퀴놀릴, 2-퀴녹살리닐, 5-퀴녹살리닐, 6-퀴녹살리닐, 1-카바졸릴, 2-카바졸릴, 3-카바졸릴, 4-카바졸릴, 9-카바졸릴, 아자카바졸릴-1-일, 아자카바졸릴-2-일, 아자카바졸릴-3-일, 아자카바졸릴-4-일, 아자카바졸릴-5-일, 아자카바졸릴-6-일, 아자카바졸릴-7-일, 아자카바졸릴-8-일, 아자카바졸릴-9-일, 1-페난트리디닐, 2-페난트리디닐, 3-페난트리디닐, 4-페난트리디닐, 6-페난트리디닐, 7-페난트리디닐, 8-페난트리디닐, 9-페난트리디닐, 10-페난트리디닐, 1-아크리디닐, 2-아크리디닐, 3-아크리디닐, 4-아크리디닐, 9-아크리디닐, 2-옥사졸릴, 4-옥사졸릴, 5-옥사졸릴, 2-옥사디아졸릴, 5-옥사디아졸릴, 3-푸라자닐, 2-티에닐, 3-티에닐, 2-메틸피롤-1-일, 2-메틸피롤-3-일, 2-메틸피롤-4-일, 2-메틸피롤-5-일, 3-메틸피롤-1-일, 3-메틸피롤-2-일, 3-메틸피롤-4-일, 3-메틸피롤-5-일, 2-tert-부틸피롤-4-일, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일, 2-메틸-1-인돌릴, 4-메틸-1-인돌릴, 2-메틸-3-인돌릴, 4-메틸-3-인돌릴, 2-tert-부틸-1-인돌릴, 4-tert-부틸-1-인돌릴, 2-tert-부틸-3-인돌릴, 4-tert-부틸-3-인돌릴, 1-디벤조푸라닐, 2-디벤조푸라닐, 3-디벤조푸라닐, 4-디벤조푸라닐, 1-디벤조티오페닐, 2-디벤조티오페닐, 3-디벤조티오페닐, 4-디벤조티오페닐, 1-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 2-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 3-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 4-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 5-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 6-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 7-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 8-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 9-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 10-나프토-[1,2-b]-벤조푸란일, 1-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 2-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 3-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 4-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 5-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 6-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 7-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 8-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 9-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 10-나프토-[2,3-b]-벤조푸란일, 1-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 2-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 3-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 4-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 5-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 6-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 7-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 8-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 9-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 10-나프토-[2,1-b]-벤조푸란일, 1-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 2-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 3-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 4-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 5-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 6-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 7-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 8-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 9-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 10-나프토-[1,2-b]-벤조티오페닐, 1-나프토-[2,3-b]-벤조티오페닐, 2-나프토-[2,3-b]-벤조티오페닐, 3-나프토-[2,3-b]-벤조티오페닐, 4-나프토-[2,3-b]-벤조티오페닐, 5-나프토-[2,3-b]-벤조티오페닐, 1-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 2-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 3-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 4-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 5-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 6-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 7-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 8-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 9-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 10-나프토-[2,1-b]-벤조티오페닐, 2-벤조푸로[3,2-d]피리미디닐, 6-벤조푸로[3,2-d]피리미디닐, 7-벤조푸로[3,2-d]피리미디닐, 8-벤조푸로[3,2-d]피리미디닐, 9-벤조푸로[3,2-d]피리미디닐, 2-벤조티오[3,2-d]피리미디닐, 6-벤조티오[3,2-d]피리미디닐, 7-벤조티오[3,2-d]피리미디닐, 8-벤조티오[3,2-d]피리미디닐, 9-벤조티오[3,2-d]피리미디닐, 2-벤조푸로[3,2-d]피라지닐, 6-벤조푸로[3,2-d]피라지닐, 7-벤조푸로[3,2-d]피라지닐, 8-벤조푸로[3,2-d]피라지닐, 9-벤조푸로[3,2-d]피라지닐, 2-벤조티오[3,2-d]피라지닐, 6-벤조티오[3,2-d]피라지닐, 7-벤조티오[3,2-d]피라지닐, 8-벤조티오[3,2-d]피라지닐, 9-벤조티오[3,2-d]피라지닐, 1-실라플루오레닐, 2-실라플루오레닐, 3-실라플루오레닐, 4-실라플루오레닐, 1-게르마플루오레닐, 2-게르마플루오레닐, 3-게르마플루오레닐, 4-게르마플루오레닐, 1-디벤조셀레노페닐, 2-디벤조셀레노페닐, 3-디벤조셀레노페닐, 4-디벤조셀레노페닐 등을 들 수 있다. 본원에서 "할로겐"은 F, Cl, Br 및 I 원자를 포함한다.
또한, "오르토(ortho; o-)", "메타(meta; m-)", 및 "파라(para; p-)"는 각각 치환기의 상대적인 위치를 나타내는 접두어이다. 오르토(ortho)는 2개의 치환기가 서로 이웃하는 것을 나타내고, 일 예로 벤젠 치환체에서 치환기들이 1, 2 위치 또는 2, 3 위치에 있을 때, 오르토 위치라고 한다. 메타(meta)는 2개의 치환기가 1, 3 위치에 있는 것을 나타내며, 일 예로 벤젠 치환체에서 치환기들이 1, 3 위치에 있을 때 메타 위치라고 한다. 파라(para)는 2개의 치환기가 1, 4 위치에 있는 것을 나타내며, 일 예로 벤젠 치환체에서 치환기들이 1, 4 위치에 있을 때 파라 위치라고 한다.
본원에 기재되어 있는 "치환 또는 비치환"이라는 기재에서 '치환'은 어떤 작용기에서 수소 원자가 다른 원자 또는 다른 작용기 (즉, 치환기)로 대체되는 것을 뜻하고, 상기 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 기로 치환되는 것도 포함한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 피리딘-트리아진 일 수 있다. 즉, 피리딘-트리아진은 하나의 헤테로아릴 치환기로 해석될 수도 있고, 2개의 헤테로아릴 치환기가 연결된 것으로 해석될 수도 있다. 본원에서, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 치환된 디벤조푸라닐, 치환된 디벤조티오페닐, 및 치환된 카바졸릴의 치환기는 각각 독립적으로, 중수소; 할로겐; 시아노; 카르복실; 니트로; 히드록시; 포스핀옥사이드; (C1-C30)알킬; 할로(C1-C30)알킬; (C2-C30)알케닐; (C2-C30)알키닐; (C1-C30)알콕시; (C1-C30)알킬티오; (C3-C30)시클로알킬; (C3-C30)시클로알케닐; (3-7원)헤테로시클로알킬; (C6-C30)아릴옥시; (C6-C30)아릴티오; 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴; 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴; 트리(C1-C30)알킬실릴; 트리(C6-C30)아릴실릴; 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴; (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴; (C3-C30)의 지방족고리와 (C6-C30)의 방향족고리의 융합고리기; 아미노; 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노; 모노- 또는 디- (C2-C30)알케닐아미노; (C1-C30)알킬(C2-C30)알케닐아미노; 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노; 모노- 또는 디- (3-30원)헤테로아릴아미노; (C1-C30)알킬(3-30원)헤테로아릴아미노; (C2-C30)알케닐(C6-C30)아릴아미노; (C2-C30)알케닐(3-30원)헤테로아릴아미노; (C6-C30)아릴(3-30원)헤테로아릴아미노; (C1-C30)알킬카보닐; (C1-C30)알콕시카보닐; (C6-C30)아릴카보닐; (C6-C30)아릴포스핀; 디(C6-C30)아릴보로닐; 디(C1-C30)알킬보로닐; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐; (C6-C30)아르(C1-C30)알킬; 및 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. 본원의 일 양태에 따르면, 상기 치환기는 각각 독립적으로, 중수소; 중수소로 치환 또는 비치환된 (5-20원)헤테로아릴; 및 중수소 및 (C6-C18)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C28)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. 본원의 다른 일 양태에 따르면, 상기 치환기는 각각 독립적으로, 중수소; 중수소로 치환 또는 비치환된 (5-15원)헤테로아릴; 및 중수소 및 (C6-C12)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. 예를 들면, 상기 치환기는 각각 독립적으로, 중수소이거나; 페닐, 나프틸, 트리페닐레닐, 페닐로 치환 또는 비치환된 페난트레닐, 디벤조푸라닐 및 디벤조티오페틸 중 하나 이상일 수 있으며, 이들은 중수소로 더 치환될 수 있다.
본원 화학식에서, 인접한 치환기와 연결되어 고리를 형성하는 경우, 상기 고리는 인접한 두 개 이상의 치환기가 연결되어 형성되는 치환 또는 비치환된 (3-30원)의 단일환 또는 다환의 지환족, 방향족 또는 이들의 조합의 고리일 수 있다. 또한, 형성된 고리는 B, N, O, S, Si 및 P로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자, 바람직하게는 N, O 및 S로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있다. 본원의 일 양태에 따르면, 상기 환 골격 원자수는 (5-20원)이고, 본원의 다른 일 양태에 따르면, 상기 환 골격 원자수는 (5-15원)이다.
본원 화학식에서, 헤테로아릴은 각각 독립적으로, B, N, O, S, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 헤테로원자는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (5-30원)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노, 및 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 결합될 수 있다.
본원은 상기 화학식 1-1로 표시되는 유기 전계 발광 화합물을 제공한다.
상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 화학식 1-1에서, X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이다. 본원의 일 양태에 따르면, X1 내지 X3는 모두 N일 수 있다.
상기 화학식 1-1에서, Ra 는 수소 또는 중수소이다.
상기 화학식 1-1에서, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 또는 (C6-C30)아릴로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고; 단, Ar1 내지 Ar3는 서로 상이하고, 나프탈렌을 포함하는 구조 및 하기 구조는 제외된다.
본원의 일 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C28)아릴일 수 있다. 본원의 다른 일 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C20)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴일 수 있다. 예를 들면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 각각 독립적으로, 트리페닐레닐로 치환 또는 비치환된 페닐; 비페닐; 터페닐; 쿼터페닐 등일 수 있으며, 이들은 중수소로 더 치환될 수 있다.
본원의 다른 일 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 각각 독립적으로, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 쿼터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐나프틸, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트레닐, 또는 이들의 조합일 수 있다.
본원의 다른 일 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 모두 서로 상이한 것일 수 있다.
본원의 일 양태에 따르면, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물에서, 중수소를 포함하는 경우 중수소 치환율은 약 30% 내지 약 100%일 수 있고, 바람직하게는 약 50% 내지 약 100%, 보다 바람직하게는 약 70% 내지 약 100%일 수 있다. 상기 중수소 치환율로 치환된 화학식 1-1의 화합물은 중수소화에 따른 결합 해리 에너지가 증가하여 화합물의 안정성을 높일 수 있으며, 상기 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 개선된 수명 특성을 나타낼 수 있다.
상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들로부터 선택되는 것 일 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
본원은 화학식 1-1로 표시되는 유기 전계 발광 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 재료 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
상기 유기 전계 발광 재료는 본원의 유기 전계 발광 화합물 단독으로 이루어질 수 있고, 유기 전계 발광 재료에 포함되는 통상의 물질들을 추가로 포함할 수도 있다.
본원의 화학식 1-1의 유기 전계 발광 화합물은 발광층, 정공 주입층, 정공 전달층, 정공 보조층, 발광 보조층, 전자 전달층, 전자 버퍼층, 전자 주입층, 계면층(interlayer), 정공 차단층 및 전자 차단층 중 어느 하나의 층 이상에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 발광층의 호스트 재료로 포함될 수 있다.
본원의 복수 종의 호스트 재료는 제1 호스트 재료 및 제2 호스트 재료를 포함하며, 상기 제1 호스트 재료는 화학식 1로 표시되는 화합물을 하나 이상 포함하고, 상기 제2 호스트 재료는 화학식 2로 표시되는 화합물을 하나 이상 포함하고, 화학식 1로 표시되는 제1 호스트 화합물 및 화학식 2로 표시되는 제2 호스트 화합물 중 적어도 하나는 중수소를 포함한다.
상기 화학식 1에서, X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이다. 본원의 일 양태에 따르면, X1 내지 X3는 모두 N일 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ra 는 수소 또는 중수소이다.
상기 화학식 1에서, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이다. 본원의 일 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, (C6-C28)아릴이며, 상기 (C6-C28)아릴은 중수소, 및 (C6-C12)아릴로 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환될 수 있다. 본원의 다른 일 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, (C6-C25)아릴이며, 상기 (C6-C25)아릴은 중수소, 및 (C6-C10)아릴로 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환될 수 있다. 예를 들면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 트리페닐레닐, 페난트레닐 또는 페닐페난트레닐로 치환 또는 비치환된 페닐; 비페닐; 터페닐; 쿼터페닐 등일 수 있으며, 이들은 중수소로 더 치환될 수 있다.
본원의 다른 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 쿼터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐나프틸, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트레닐, 또는 이들의 조합일 수 있다.
본원의 또 다른 양태에 따르면, Ar1 내지 Ar3는 모두 서로 상이할 수 있다.
본원의 일 양태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서, 중수소를 포함하는 경우 중수소 치환율은 약 30% 내지 약 100%일 수 있고, 바람직하게는 약 50% 내지 약 100%, 보다 바람직하게는 약 70% 내지 약 100%일 수 있다. 상기 중수소 치환율로 치환된 화학식 1의 화합물은 중수소화에 따른 결합 해리 에너지가 증가하여 화합물의 안정성을 높일 수 있으며, 상기 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 개선된 수명 특성을 나타낼 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 화학식 2에서, A1 및 A2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴이다. 본원의 일 양태에 따르면, A1 및 A2는 각각 독립적으로, 중수소, (C6-C30)아릴 및 (6-25원)헤테로아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C25)아릴; 중수소 및 (C6-C20)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐; 중수소 및 (C6-C20)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐; 또는 중수소 및 (C6-C25)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 카바졸릴일 수 있다. 본원의 다른 일 양태에 따르면, A1 및 A2는 각각 독립적으로, 중수소, (C6-C20)아릴 및 (6-15원)헤테로아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C20)아릴; 중수소 및 (C6-C10)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐; 중수소 및 (C6-C10)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐; 또는 중수소 및 (C6-C15)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 카바졸릴일 수 있다. 예를 들면, A1 및 A2는 각각 독립적으로, 나프틸, 트리페닐레닐, 디벤조푸라닐 및 디벤조티오페닐 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 페닐; 비페닐; 터페닐; 페닐로 치환 또는 비치환된 나프틸; 트리페닐레닐; 페닐로 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐; 페닐로 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐; 페닐 또는 나프틸로 치환 또는 비치환된 카바졸릴 등일 수 있으며, 이들은 중수소로 더 치환될 수 있다.
본원의 다른 양태에 따르면, A1 및 A2는 각각 독립적으로, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸, 중수소, (C1-C30)알킬 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 플루오레닐, 중수소, (C1-C30)알킬 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 벤조플루오레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 플루오란테닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 카바졸릴, 중수소로 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 화학식 2에서, X15 내지 X18 중 어느 하나와 X19 내지 X22 중 어느 하나는 서로 연결되어 단일결합을 형성하며; X11 내지 X14, X23 내지 X26, 및 단일 결합을 형성하지 않는 X15 내지 X22는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환기와 연결되어 고리를 형성할 수 있다. 예를 들면, X15 내지 X18 중 어느 하나와 X19 내지 X22 중 어느 하나는 서로 연결되어 단일결합을 형성하며; X11 내지 X14, X23 내지 X26, 및 단일 결합을 형성하지 않는 X15 내지 X22는 각각 독립적으로, 수소, 중수소 등일 수 있다.
본원의 다른 일 양태에 따르면, X11, X18, X19 및 X26 중 적어도 하나는 중수소일 수 있고, 바람직하게는 적어도 2개, 보다 바람직하게는 적어도 3개, 더더욱 바람직하게는 모두 중수소일 수 있다.
본원의 일 양태에 따르면, X11 내지 X26의 중수소 치환율은 약 25% 내지 약 100%이고, 바람직하게는 약 35% 내지 약 100%, 더 바람직하게는 약 45% 내지 약 100%, 더욱 바람직하게는 약 55% 내지 약 100%일 수 있다.
본원의 일 양태에 따르면, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 2-8 중 하나 이상으로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
[화학식 2-2]
[화학식 2-3]
[화학식 2-4]
[화학식 2-5]
[화학식 2-6]
[화학식 2-7]
[화학식 2-8]
상기 화학식 2-1 내지 2-8에서, A1, A2, 및 X11 내지 X26은 화학식 2에서 정의된 바와 같다.
본원의 일 양태에 따르면, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물에서, 중수소를 포함하는 경우 중수소 치환율은 약 40% 내지 약 100%일 수 있고, 바람직하게는 약 50% 내지 약 100% 이고, 더욱 바람직하게는 약 60% 내지 약 100%이며, 더더욱 바람직하게는 약 70% 내지 약 100%일 수 있다. 상기 중수소 치환율로 치환된 화학식 2의 화합물은 중수소화에 따른 결합 해리 에너지가 증가하여 화합물의 안정성을 높일 수 있으며, 상기 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 개선된 수명 특성을 나타낼 수 있다.
본원의 일 양태에 따르면, 상기 화학식 1은 중수소를 포함하지 않고, 상기 화학식 2는 중수소를 포함하는 것일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
상기 화합물 C-1 내지 C-377 중 하나 이상과 상기 화합물 H2-1 내지 H2-290 중 하나 이상이 조합되어 유기 전계 발광 소자에 사용될 수 있다.
본원의 화학식 1-1 및 1로 표시되는 화합물은 당업자에게 공지된 합성 방법으로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 하기 반응식 1을 참조하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, X1 내지 X3, 및 Ar1 내지 Ar3는 각각 화학식 1에서의 정의와 동일하다.
본원에 따른 화학식 2로 표시되는 화합물은 당업자에게 공지된 합성 방법으로 제조할 수 있으며, 예를 들면, 하기 반응식 2를 참조하여 제조할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
[반응식 2]
상기 반응식 2에서, A1, A2, X11 내지 X26, 및 n은 화학식 2에서의 정의와 동일하고, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
상기에서 화학식 1-1, 1 및 2로 표시되는 화합물의 예시적 합성예를 설명하였지만, 이들은 모두 Buchwald-Hartwig cross coupling 반응, N-arylation 반응, H-mont-mediated etherification 반응, Miyaura borylation 반응, Suzuki cross-coupling 반응, Intramolecular acid-induced cyclization 반응, Pd(II)-catalyzed oxidative cyclization 반응, Grignard 반응, Heck 반응, Cyclic Dehydration 반응, SN1 치환 반응, SN2 치환 반응, 및 Phosphine-mediated reductive cyclization 반응 등에 기초한 것으로 구체적 합성예에 명시된 치환기 이외에 화학식 1-1, 1 및 2에 정의된 다른 치환기가 결합되더라도 상기 반응이 진행된다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 화학식 1-1, 1 및 2의 중수소화된 화합물은 중수소화된 전구체 물질을 사용하여 유사한 방식으로, 또는 더욱 일반적으로는 알루미늄 트라이클로라이드 또는 에틸 알루미늄 클로라이드와 같은 루이스산 H/D 교환 촉매의 존재 하에 비-중수소화된 화합물을 중수소화된 용매, D6-벤젠으로 처리함으로써 제조될 수 있다. 또한, 반응 온도와 같은 반응 조건을 달리함으로써 중수소화되는 정도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 반응 온도와 시간, 산의 당량 등을 조절함으로써, 화학식 1-1, 1 및 2에서의 중수소의 개수를 조절할 수 있다.
본원은 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 적어도 1층의 발광층을 포함하고, 상기 적어도 1층의 발광층은 본원에 따른 복수 종의 호스트 재료를 포함하는, 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 본원의 제1 호스트 재료 및 제2 호스트 재료는 하나의 발광층에 포함될 수도 있고, 복수의 발광층 중 각각 다른 발광층에 포함될 수도 있다. 본원의 복수 종의 호스트 재료는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 약 1:99 내지 약 99:1의 비, 바람직하게는 약 10:90 내지 약 90:10의 비, 더욱 바람직하게는 약 30:70 내지 약 70:30의 비로 포함될 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물을 원하는 비율의 양으로, 쉐이커에 넣은 뒤 섞는 방법, 유리 튜브에 넣은 뒤 열을 가하여 녹인 후 수거하는 방법, 또는 용매에 녹이는 방법 등으로 배합할 수 있다.
본원의 일 태양에 따르면, 상기 발광층의 호스트 화합물에 대한 도판트 화합물의 도핑 농도는 20 중량% 미만일 수 있다. 본원의 유기 전계 발광 소자에 포함되는 도판트로는 하나 이상의 인광 또는 형광 도판트를 사용할 수 있고, 인광 도판트가 바람직하다. 본원의 유기 전계 발광 소자에 적용되는 인광 도판트 재료는 특별히 제한되지는 않으나, 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 구리(Cu) 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 금속 원자의 착체 화합물일 수 있고, 경우에 따라 바람직하게는, 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 구리(Cu) 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 금속 원자의 오르토 메탈화 착체 화합물일 수 있으며, 경우에 따라 더 바람직하게는, 오르토 메탈화 이리듐 착체 화합물일 수 있다.
본원의 유기 전계 발광 소자에 포함되는 도판트로 하기 화학식 101로 표시되는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
[화학식 101]
상기 화학식 101에서,
L은 하기 구조 1 내지 3에서 선택되는 어느 하나이고;
[구조 1] [구조 2] [구조 3]
R100 내지 R103은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐, 중수소 및/또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 시아노, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시이거나; 인접한 치환기와 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, 예를 들면 피리딘과 함께 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 벤조푸로피리딘, 치환 또는 비치환된 벤조티에노피리딘, 치환 또는 비치환된 인데노피리딘, 치환 또는 비치환된 벤조푸로퀴놀린, 치환 또는 비치환된 벤조티에노퀴놀린, 또는 치환 또는 비치환된 인데노퀴놀린을 형성할 수 있으며;
R104 내지 R107은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐, 중수소 및/또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴, 시아노, 또는 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알콕시이거나; 인접한 치환기와 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고, 예를 들면 벤젠과 함께 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 플루오렌, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜, 치환 또는 비치환된 디벤조푸란, 치환 또는 비치환된 인데노피리딘, 치환 또는 비치환된 벤조푸로피리딘, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티에노피리딘을 형성할 수 있으며;
R201 내지 R220은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐, 중수소 및/또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이거나; 인접한 치환기와 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있으며;
s는 1 내지 3의 정수이다.
구체적으로, 상기 도판트 화합물의 구체적인 예는 다음과 같으나, 이에 한정되지는 않는다.
본원에 따른 유기 전계 발광 소자는 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 개재되는 1층 이상의 유기물층을 갖는다. 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 정공 주입층, 정공 전달층, 정공 보조층, 발광 보조층, 전자 전달층, 전자 버퍼층, 전자 주입층, 계면층(interlayer), 정공 차단층 및 전자 차단층에서 선택되는 1층 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 각각의 층은 여러 층으로 추가 구성될 수 있다.
상기 애노드 및 캐소드는 각각 투명한 도전성 물질로 형성되거나, 반투과형 또는 반사형 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 애노드 및 캐소드를 형성하는 물질의 종류에 따라, 유기 전계 발광 소자는 전면 발광형, 배면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다. 또한, 상기 정공 주입층은 P-도판트로 추가로 도핑될 수 있으며, 전자 주입층은 n-도판트로 추가로 도핑될 수 있다.
상기 유기물층에 아릴아민계 화합물 및 스티릴아릴아민계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함할 수도 있다. 또한, 상기 유기물층은 1족, 2족, 4주기 전이금속, 5주기 전이금속, 란탄계열금속 및 d-전이원소의 유기금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속, 또는 이러한 금속을 포함하는 하나 이상의 착체화합물을 추가로 포함할 수도 있다.
또한, 본원의 상기 유기 전계 발광 소자는 본원의 화합물 이외에 당업계에 알려진 청색, 적색 또는 녹색 발광 화합물을 포함하는 발광층 하나 이상을 더 포함함으로써 백색 발광을 할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 황색 또는 오렌지색 발광층을 더 포함할 수도 있다.
본원의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 한 쌍의 전극의 적어도 한쪽의 내측표면에, 칼코제나이드(chalcogenide)층, 할로겐화 금속층 및 금속 산화물층으로부터 선택되는 하나 이상의 층(이하, 이들을 "표면층"이라고 지칭함)을 배치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 발광 매체층 측의 애노드 표면에 규소 및 알루미늄의 칼코제나이드(산화물을 포함한다)층을, 또한 발광 매체층 측의 캐소드 표면에 할로겐화 금속층 또는 금속 산화물층을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 표면층에 의해 유기 전계 발광 소자의 구동 안정화를 얻을 수 있다. 상기 칼코제나이드의 바람직한 예로는 SiOX(1≤X≤2), AlOX(1≤X≤1.5), SiON, SiAlON 등이 있고, 할로겐화 금속의 바람직한 예로는 LiF, MgF2, CaF2, 불화 희토류 금속 등이 있으며, 금속 산화물의 바람직한 예로는 Cs2O, Li2O, MgO, SrO, BaO, CaO 등이 있다.
애노드와 발광층 사이에 정공 주입층, 정공 전달층 또는 전자 차단층, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 정공 주입층은 애노드에서 정공 전달층 또는 전자 차단층으로의 정공 주입 장벽(또는 정공 주입 전압)을 낮출 목적으로 복수의 층이 사용될 수 있으며, 각 층은 2개의 화합물이 동시에 사용될 수 있다. 정공 전달층 또는 전자 차단층도 복수의 층이 사용될 수 있다.
발광층과 캐소드 사이에 전자 버퍼층, 정공 차단층, 전자 전달층 또는 전자 주입층, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 전자 버퍼층은 전자 주입을 조절하고 발광층과 전자 주입층 사이의 계면 특성을 향상시킬 목적으로 복수의 층이 사용될 수 있으며, 각 층은 2개의 화합물이 동시에 사용될 수 있다. 정공 차단층 또는 전자 전달층도 복수의 층이 사용될 수 있고, 각 층에 복수의 화합물이 사용될 수 있다.
발광 보조층은 애노드와 발광층 사이에 위치하거나, 캐소드와 발광층 사이에 위치하는 층으로서, 상기 애노드와 발광층 사이에 위치할 경우, 정공의 주입 및/또는 전달을 원활하게 하거나 전자의 오버플로우를 차단하는 용도로 사용되거나, 상기 캐소드와 발광층 사이에 위치할 경우, 전자의 주입 및/또는 전달을 원활하게 하거나 정공의 오버플로우를 차단하는 용도로 사용될 수 있다. 또한, 상기 정공 보조층은 정공 전달층(또는 정공 주입층)과 발광층 사이에 위치하고, 정공의 전달 속도(또는 주입 속도)를 원활하게 하거나 블록킹하는 효과를 나타낼 수 있으며, 이에 따라 전하 밸런스(charge balance)를 조절할 수 있는 층이다. 또한, 상기 전자 차단층은 정공 전달층(또는 정공 주입층)과 발광층 사이에 위치하고, 발광층으로부터의 전자의 오버플로우를 차단하여 엑시톤을 발광층 내에 가두어 발광 누수를 방지하는 층이다. 상기 정공 전달층을 2층 이상 포함할 경우, 추가로 포함되는 층을 상기 정공 보조층 또는 상기 전자 차단층의 용도로 사용할 수 있다. 상기 발광 보조층, 정공 보조층 또는 전자 차단층은 유기 전계 발광 소자의 효율 및/또는 수명의 개선효과를 갖는다.
또한, 본원의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 한 쌍의 전극의 적어도 한쪽의 표면에 전자 전달 화합물과 환원성 도판트의 혼합 영역 또는 정공 전달 화합물과 산화성 도판트의 혼합 영역을 배치하는 것도 바람직하다. 이러한 방식에 의해 전자 전달 화합물이 음이온으로 환원되므로 혼합 영역으로부터 발광 매체에 전자를 주입 및 전달하기 용이해진다. 또한, 정공 전달 화합물은 산화되어 양이온으로 되므로 혼합 영역으로부터 발광 매체에 정공을 주입 및 전달하기 용이해진다. 바람직한 산화성 도판트로서는 각종 루이스산 및 억셉터(acceptor) 화합물을 들 수 있고, 바람직한 환원성 도판트로는 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또한 환원성 도판트층을 전하생성층으로 사용하여 두 개 이상의 발광층을 가진 백색 발광을 하는 유기 전계 발광 소자를 제조할 수 있다.
본원의 일 예에 따른 유기 전계 발광 재료는 백색 유기 전계 발광 소자(White Organic Light Emitting Device)를 위한 발광 재료로서 사용될 수 있다. 상기 백색 유기 전계 발광 소자는 R(적색), G(녹색) 또는 YG(황녹색), B(청색) 발광부들의 배열 형태에 따라 병렬 배치(side-by-side) 방식, 적층(stacking) 방식, 또는 색 변환 물질(color conversion material, CCM) 방식 등 다양한 구조들이 제안되고 있다. 또한, 본 원의 일 예에 따른 유기 전계 발광 물질은 양자점(QD)을 포함하는 유기 전계 발광 소자에도 사용될 수 있다.
본원의 유기 전계 발광 소자의 각층의 형성은 진공증착, 스퍼터링, 플라즈마, 이온플레이팅 등의 건식 성막법이나, 잉크젯 프린팅, 노즐 프린팅, 슬롯 코팅, 스핀 코팅, 침지 코팅(dip coating), 플로우 코팅 등의 습식 성막법 중의 어느 하나의 방법을 적용할 수 있다. 본원의 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물을 성막할 때, 공증착 또는 혼합증착으로 공정한다.
습식 성막법의 경우, 각 층을 형성하는 재료를 에탄올, 클로로포름, 테트라하이드로푸란, 디옥산 등의 적절한 용매에 용해 또는 분산시켜 박막을 형성하는데, 그 용매는 각 층을 형성하는 재료가 용해 또는 분산될 수 있고, 성막성에 문제가 없는 것이라면 어느 것이어도 된다.
또한, 본원의 유기 전계 발광 소자를 이용하여 디스플레이 장치, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PC, TV 또는 차량용의 디스플레이 장치, 또는 조명 장치, 예를 들면, 옥외 또는 옥내용 조명 장치를 제조하는 것이 가능하다.
이하에서, 본원의 상세한 이해를 위하여 본원의 대표 화합물을 들어 본원에 따른 화합물의 제조방법 및 이의 물성, 그리고 본원에 따른 복수 종의 호스트 재료를 포함하는 OLED 의 구동 전압 및 발광 효율을 살펴본다. 그러나, 이하의 실시예는 본원의 상세한 이해를 위하여 본원에 따른 화합물 및 이를 포함하는 OLED의 특성을 설명한 것일 뿐, 본원은 하기의 예들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 화합물 C-109의 제조
1) 화합물 1-2의 합성
반응용기에 (3-클로로페닐)보론산 (2.6 g, 16.67 mmol), 화합물 1-1 (7 g, 16.67 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (5.8 mg, 0.5 mmol) 및 탄산칼륨 (5.8 g, 41.7 mmol)을 톨루엔 83 mL, 에탄올 21 mL 및 물 21 mL에 용해한 뒤 4시간 동안 환류 교반하였다. 상온으로 냉각시키고 고체가 생성된 반응물에 물을 투입하여 30분 동안 교반하고 여과한 후 컬럼 크로마토그래피로 화합물을 분리하여 화합물 1-2 (5.3 g, 수율: 64%)를 얻었다.
2) 화합물 C-109의 합성
반응용기에 화합물 1-2 (5.3 g, 10.7 mmol), [1,1'-비페닐]-3-일 보론산 (2.54 g, 12.82 mmol), 팔라듐 아세테이트 (0.25 g, 1.07 mmol), S-Phos (0.88 g, 2.14 mmol) 및 소듐 tert-부톡사이드 (3.1 g, 32.0 mmol)를 o-자일렌 53 mL, 1.4-디옥세인 13 mL 및 물 13 mL에 용해한 뒤 4시간 동안 환류 교반하였다. 상온으로 냉각시키고 고체가 생성된 반응물에 물을 투입하여 30분 동안 교반하고 여과한 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 화합물 C-109 (2.9 g, 수율: 44%)을 얻었다.
[실시예 2] 화합물 C-198의 제조
1) 화합물 2-1의 합성
반응용기에 3-클로로-1,1'-비페닐 (18 g, 63.9 mmol), (3-클로로페닐)보론산 (10 g, 63.9 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (3.7 mg, 3.2 mmol) 및 탄산칼륨 (22 g, 191 mmol)을 톨루엔 320 mL, 에탄올 160mL 및 물 160 mL에 용해한 뒤 4시간 동안 환류 교반하였다. 상온으로 냉각시키고 고체가 생성된 반응물에 물을 투입하여 30분 동안 교반하고 여과한 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 화합물 2-1 (15 g, 수율: 89%)을 얻었다.
2) 화합물 2-2의 합성
반응용기에 화합물 2-1 (6 g, 32.7 mmol), 비스(피나콜라토)디보론 (11.5 g, 45.4 mmol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0) (2.1 g, 2.27 mmol), S-Phos (2.7g, 6.54mmol) 및 아세트산 칼륨 (6.7 g, 68.1 mmol)을 1.4-디옥세인 110 mL에 용해한 뒤 3시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 끝나면 혼합물을 증류수로 씻어주고 유기층을 에틸 아세테이트로 추출한 뒤 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거한 후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-2 (10 g, 수율: 87%)를 얻었다.
3) 화합물 C-198의 합성
반응용기에 화합물 2-2 (8 g, 22.4 mmol), 화합물 2-3 (7.8 g, 18.7 mmol), 팔라듐 아세테이트 (420 mg, 1.8 mmol), S-Phos (1.5 g, 3.7 mmol) 및 세슘탄산 (18 g, 56.1 mmol)을 톨루엔 93 mL, 에탄올 23 mL 및 물 23 mL 에 용해한 뒤 4시간 동안 환류 교반하였다. 상온으로 냉각시키고 고체가 생성된 반응물에 물을 투입하여 30분 동안 교반하고 여과한 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 화합물 C-198 (3.3 g, 수율: 30%)을 얻었다.
[실시예 3] 화합물 C-28의 제조
플라스크에 화합물 3-1 (6.0 g, 21.89 mmol), 2-([1,1'-비페닐]-3-일)-4-([1,1'-비페닐]-4-일)-6-클로로-1,3,5-트리아진 (7.6 g, 18.24 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (0.7 g, 0.55 mmol) 및 탄산칼륨 (6.3 g, 45.60 mmol)을 톨루엔 91 mL, 에탄올 23 mL 및 증류수 23 mL에 넣어 녹인 후 4시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 끝나면, 유기층을 에틸아세테이트로 추출한 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 화합물 C-28 (3.3 g, 수율: 30%)을 얻었다.
[실시예 4] 화합물 C-266의 제조
플라스크에 2,4-디([1,1'-비페닐]-4-일)-6-클로로-1,3,5-트리아진 (5 g, 11.91 mmol), [1,1'-비페닐]-4-일 보론산 (2.6 g, 13.09 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (0.688 g, 0.595 mmol), 및 탄산나트륨 (4.1 g, 29.77 mmol)을 톨루엔 100 mL, 에탄올 50 mL 및 증류수 50 mL 에 넣어 녹인 후 4시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 끝나면, 유기층을 에틸아세테이트로 추출한 후 컬럼 크로마토그래피로 분리하여 화합물 C-266 (5.5 g, 수율: 86%)을 얻었다.
[실시예 5] 화합물 C-199 의 제조
반응용기에 화합물 5-1 (3.4 g, 5.95 mmol), 화합물 5-2 (1.2 g, 5.95 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (343 mg, 0.29 mmol), 탄산칼륨 (2.5 g, 17.85 mmol), 톨루엔 30 mL, 에탄올 15 mL 및 증류수 15 mL를 첨가한 후 120℃에서 3시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-199 (1.9 g, 수율: 46%)를 얻었다.
[실시예 6] 화합물 C-370의 제조
반응용기에 화합물 6-1 (5 g, 11.56 mmol), 화합물 6-2 (5.3 g, 12.72 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (400 mg, 0.35 mmol), 탄산칼륨 (4 g, 28.91 mmol), 톨루엔 57 mL, 에탄올 14 mL 및 증류수 14 mL를 첨가한 후 120℃에서 3시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-370 (4.9 g, 수율: 61%)을 얻었다.
[실시예 7] 화합물 C-17 의 제조
반응용기에 화합물 7-1 (5 g, 10.08 mmol), 화합물 7-2 (3.3 g, 12.10 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (350 mg, 0.30 mmol), 탄산칼륨 (3.5 g, 25.20 mmol), 톨루엔 50 mL, 에탄올 13 mL 및 증류수 13 mL를 첨가한 후 120℃에서 3시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-17 (3.4 g, 수율: 49%)을 얻었다.
[실시예 8] 화합물 C-371 의 제조
반응용기에 화합물 8-1 (5 g, 11.91 mmol), 화합물 8-2 (5.2 g, 11.91 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (410 mg, 0.30 mmol), 탄산칼륨 (4.1 g, 29.77 mmol), 톨루엔 60 mL, 에탄올 15 mL 및 증류수 15 mL를 첨가한 후 120℃에서 3시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-371 (5.5 g, 수율: 67%)를 얻었다.
[실시예 9] 화합물 C-372 의 제조
반응용기에 화합물 9-1 (7.1 g, 14.30 mmol), 화합물 9-2 (6.5 g, 21.30 mmol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐 (651 mg, 0.7 mmol), S-Phos (587 mg, 1.4 mmol) 및 인산칼륨 (9.1 g, 42.8 mmol)을 자일렌 100 mL에 용해한 뒤 160℃에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-372 (2.1 g, 수율: 23%)를 얻었다.
[실시예 10] 화합물 C-373 의 제조
반응용기에 화합물 10-1 (7.66 g, 18.2 mmol), 화합물 10-2 (5.00 g, 18.2 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (632 mg, 0.547 mmol), 탄산칼륨 (7.56 g, 54.7 mmol), 톨루엔 500 mL, 에탄올 100 mL 및 증류수 100 mL를 첨가한 후 120℃에서 2시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-373 (6.7 g, 수율: 60%)를 얻었다.
[실시예 11] 화합물 C-374의 제조
반응용기에 화합물 11-1 (7.66 g, 18.2 mmol), 화합물 11-2 (5.00 g, 18.2 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (632 mg, 0.547 mmol), 탄산칼륨 (7.56 g, 54.7 mmol), 톨루엔 500 mL, 에탄올 100 mL 및 증류수 100 mL를 첨가한 후 120℃에서 2시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-374 (6.7 g, 수율: 14%)를 얻었다.
[실시예 12] 화합물 C-375 의 제조
반응용기에 화합물 12-1 (7.66 g, 18.2 mmol), 화합물 12-2 (5.00 g, 18.2 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (632 mg, 0.547 mmol), 탄산칼륨 (7.56 g, 54.7 mmol), 톨루엔 500 mL, 에탄올 100 mL 및 증류수 100 mL를 첨가한 후 120℃에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이 후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-375 (3.7g, 수율: 33%)를 얻었다.
[실시예 13] 화합물 C-376 의 제조
반응용기에 화합물 13-1 (7.66 g, 18.2 mmol), 화합물 13-2 (5.00 g, 18.2 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (632 mg, 0.547 mmol), 탄산칼륨 (7.56 g, 54.7 mmol), 톨루엔 500 mL, 에탄올 100 mL 및 증류수 100 mL를 첨가한 후 120℃에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-376 (3.2g, 수율: 29%)를 얻었다.
[실시예 14] 화합물 C-377 의 제조
반응용기에 화합물 14-1 (3.4 g, 6.854 mmol), 화합물 14-2 (1.88 g, 6.854 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 (400 mg, 0.342 mmol), 탄산칼륨 (2.8 g, 20.56 mmol), 톨루엔 40 mL, 에탄올 10 mL 및 증류수 10 mL를 첨가한 후 120℃에서 2시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 상온으로 냉각한 후 에틸아세테이트로 추출하고, 추출한 유기층을 황산마그네슘으로 건조시킨 후 회전증발기로 용매를 제거하였다. 이후 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 C-377 (3.3 g, 수율: 69%)를 얻었다.
[소자 실시예 1 내지 4] 본 발명에 따른 복수 종의 호스트 재료를 포함하는 OLED의 제조
본 발명에 따르는 OLED를 제조하였다. 우선, OLED용 글래스 (지오마텍사 제조) 기판 상의 투명 전극 ITO 박막(10Ω/□)을 아세톤 및 이소프로필알코올을 순차적으로 사용하여 초음파 세척을 실시한 후, 이소프로필알코올에 넣어 보관한 후 사용하였다. 다음으로 진공 증착 장비의 기판 홀더에 ITO 기판을 장착한 후, 진공 증착 장비 내의 셀에 표 3의 화합물 HI-1을 넣고, 또 다른 셀에는 화합물 HT-1을 넣은 후, 두 물질을 다른 속도로 증발시켜 화합물 HI-1과 화합물 HT-1의 합계량에 대해 화합물 HI-1을 3 중량%의 양으로 10 nm 두께로 도핑하여 정공 주입층을 증착하였다. 이어서, 제1 정공 전달층으로 화합물 HT-1을 상기 정공 주입층 위에 80 nm 두께로 증착하였다. 이어서, 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 화합물 HT-2를 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 제1 정공 전달층 위에 30 nm 두께의 제2 정공 전달층을 증착하였다. 정공 주입층과 정공 전달층들을 형성시킨 후, 그 위에 발광층을 다음과 같이 증착시켰다. 진공 증착 장비 내의 셀 두 군데에 호스트로서 하기 표 1에 기재된 각각의 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물을 넣고, 또 다른 셀에는 도판트로서 화합물 D-130을 넣은 후, 두 호스트 물질을 1:2(제1 호스트:제2 호스트)의 속도로 증발시키고 동시에 도판트 물질을 다른 속도로 증발시켜 호스트와 도판트의 합계량에 대해 도판트를 10 중량%의 양으로 도핑함으로써 상기 제2 정공 전달층 위에 40 nm 두께의 발광층을 증착하였다. 이어서 상기 발광층 위에 전자 전달 재료로서 화합물 ETL-1:EIL-1을 40:60 중량비로 증발시켜 35 nm 두께의 전자 전달층을 증착하였다. 이어서 전자 주입층으로 화합물 EIL-1을 상기 전자 전달층 위에 2 nm두께로 증착한 후, 다른 진공 증착 장비를 이용하여 Al 캐소드를 상기 전자 주입층 위에 80 nm의 두께로 증착하여 OLED를 제조하였다. 재료 별로 각 화합물은 10-6 torr 하에서 진공 승화 정제하여 사용하였다.
[소자 실시예 5 내지 13] 본 발명에 따른 복수 종의 호스트 재료를 포함하는 OLED의 제조
발광층의 호스트로서 표 1의 제1 호스트 화합물을 사용하고 도판트로서 D-150을 사용한 것 외에는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 OLED를 제조하였다.
[비교예 1] 종래의 화합물을 포함하는 OLED의 제조
발광층의 호스트로서 표 1의 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물을 사용한 것 외에는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 OLED를 제조하였다.
이상과 같이 제조된 소자 실시예 1 내지 13, 및 비교예 1의 OLED의 1,000 nit 휘도 기준의 구동 전압, 발광 효율, 및 발광색과, 60,000 nit 휘도 기준의 빛의 세기가 100%에서 80%로 떨어지는 데까지의 시간(수명: T80)을 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본원에 따른 복수 종의 호스트 재료를 포함하는 OLED(소자 실시예 1 내지 13)는 종래의 호스트 조합을 포함하는 OLED(비교예 1)에 비하여 낮은 구동 전압, 높은 발광 효율을 나타낼 뿐만 아니라, 우수한 수명 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1에 따른 OLED는 효율이 낮아서 수명 측정이 불가하였다.
녹색 발광 OLED의 수명은 적색 발광 OLED에 비하여 짧은 것이 일반적이다. 녹색 발광 OLED에 있어서 수명 특성을 향상시키기 위하여 본원에서는 중수소화된 모이어티를 도입한 화합물을 사용하였다. 이론으로써 제한하는 것은 아니나, 유기 전계 발광 화합물을 중수소로 치환하면, 화합물의 영점 전자진동 에너지(zero point vibration energy)를 낮춤으로써 화합물에서의 결합 해리 에너지(BDE, bond dissociation energy)를 증가시켜 화합물의 안정성을 증가시킬 수 있다.
[소자 실시예 14 내지 16] 본원에 따른 화합물을 단독 호스트 재료로 포함하는 OLED의 제조
발광층의 단독 호스트로서 표 2의 화합물을 단독으로 사용한 것 외에는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 OLED를 제조하였다.
[소자 실시예 17 내지 25] 본원에 따른 화합물을 단독 호스트 재료로 포함하는 OLED의 제조
발광층의 단독 호스트로서 표 2의 화합물을 단독으로 사용하고 도판트로서 D-150을 사용한 것 외에는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 OLED를 제조하였다.
[비교예 2 내지 4] 종래의 화합물을 단독 호스트 재료로 포함하는 OLED의 제조
발광층의 호스트로서 표 2의 화합물을 단독으로 사용한 것 외에는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 OLED를 제조하였다.
이상과 같이 제조된 소자 실시예 14 내지 25, 및 비교예 2 내지 4의 OLED의 1,000 nit 휘도 기준의 구동 전압과 발광색, 및 60,000 nit 휘도 기준의 빛의 세기가 100%에서 80%로 떨어지는 데까지의 시간(수명: T80)을 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본원에 따른 화합물을 호스트 재료로 포함하는 OLED(소자 실시예 14 내지 25)는 종래의 화합물을 호스트 재료로 포함하는 OLED(비교예 2 내지 4)에 비하여 우수한 수명 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
상기 소자 실시예들 및 비교예들에 사용된 화합물을 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Claims (18)
1종 이상의 제1 호스트 화합물 및 1종 이상의 제2 호스트 화합물을 포함하는 복수 종의 호스트 재료로서, 상기 제1 호스트 화합물은 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 제2 호스트 화합물은 하기 화학식 2로 표시되고, 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물 중 적어도 하나는 중수소를 포함하는 것인, 복수 종의 호스트 재료:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이고;
Ra 는 수소 또는 중수소이고;
Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고;
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
A1 및 A2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴이고;
X15 내지 X18 중 어느 하나와 X19 내지 X22 중 어느 하나는 서로 연결되어 단일결합을 형성하며;
X11 내지 X14, X23 내지 X26, 및 단일 결합을 형성하지 않는 X15 내지 X22는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환기와 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이고;
Ra 는 수소 또는 중수소이고;
Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고;
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
A1 및 A2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴이고;
X15 내지 X18 중 어느 하나와 X19 내지 X22 중 어느 하나는 서로 연결되어 단일결합을 형성하며;
X11 내지 X14, X23 내지 X26, 및 단일 결합을 형성하지 않는 X15 내지 X22는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴이거나; 인접한 치환기와 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
제1항에 있어서, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 치환된 디벤조푸라닐, 치환된 디벤조티오페닐, 및 치환된 카바졸릴의 치환기는 각각 독립적으로, 중수소; 할로겐; 시아노; 카르복실; 니트로; 히드록시; 포스핀옥사이드; (C1-C30)알킬; 할로(C1-C30)알킬; (C2-C30)알케닐; (C2-C30)알키닐; (C1-C30)알콕시; (C1-C30)알킬티오; (C3-C30)시클로알킬; (C3-C30)시클로알케닐; (3-7원)헤테로시클로알킬; (C6-C30)아릴옥시; (C6-C30)아릴티오; 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (3-30원)헤테로아릴; 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴; 트리(C1-C30)알킬실릴; 트리(C6-C30)아릴실릴; 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴; (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴; (C3-C30)의 지방족고리와 (C6-C30)의 방향족고리의 융합고리기; 아미노; 모노- 또는 디- (C1-C30)알킬아미노; 모노- 또는 디- (C2-C30)알케닐아미노; (C1-C30)알킬(C2-C30)알케닐아미노; 모노- 또는 디- (C6-C30)아릴아미노; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노; 모노- 또는 디- (3-30원)헤테로아릴아미노; (C1-C30)알킬(3-30원)헤테로아릴아미노; (C2-C30)알케닐(C6-C30)아릴아미노; (C2-C30)알케닐(3-30원)헤테로아릴아미노; (C6-C30)아릴(3-30원)헤테로아릴아미노; (C1-C30)알킬카보닐; (C1-C30)알콕시카보닐; (C6-C30)아릴카보닐; (C6-C30)아릴포스핀; 디(C6-C30)아릴보로닐; 디(C1-C30)알킬보로닐; (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐; (C6-C30)아르(C1-C30)알킬; 및 (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 쿼터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐나프틸, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트레닐, 또는 이들의 조합인 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 Ar1 내지 Ar3는 모두 서로 상이한 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1은 중수소를 포함하지 않고, 상기 화학식 2는 중수소를 포함하는 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 중수소 치환율이 30% 내지 100%인 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2에서, X11, X18, X19 및 X26 중 적어도 하나는 중수소인 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 중수소 치환율은 40% 내지 100%인 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2에서, X11 내지 X26 중 중수소 치환율은 25% 내지 100%인 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 2-8 중 하나 이상으로 표시되는 것인, 복수 종의 호스트 재료:
[화학식 2-1] [화학식 2-2]
[화학식 2-3] [화학식 2-4]
[화학식 2-5] [화학식 2-6]
[화학식 2-7] [화학식 2-8]
상기 화학식 2-1 내지 2-8에서,
A1, A2, 및 X11 내지 X26은 제1항에서 정의된 바와 같다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2]
[화학식 2-3] [화학식 2-4]
[화학식 2-5] [화학식 2-6]
[화학식 2-7] [화학식 2-8]
상기 화학식 2-1 내지 2-8에서,
A1, A2, 및 X11 내지 X26은 제1항에서 정의된 바와 같다.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2의 A1 및 A2는 각각 독립적으로, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸, 중수소, (C1-C30)알킬 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 플루오레닐, 중수소, (C1-C30)알킬 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 벤조플루오레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 플루오란테닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 카바졸릴, 중수소로 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐, 또는 이들의 조합인 것인, 복수 종의 호스트 재료.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 복수 종의 호스트 재료:
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화합물들로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 복수 종의 호스트 재료:
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 적어도 1층의 발광층을 포함하고, 상기 적어도 1층의 발광층은 제1항에 기재된 복수 종의 호스트 재료를 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
하기 화학식 1-1로 표시되는, 유기 전계 발광 화합물:
[화학식 1-1]
상기 화학식 1-1에서,
X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이고;
Ra 는 수소 또는 중수소이고;
Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고; 단, Ar1 내지 Ar3는 서로 상이하고, 나프탈렌을 포함하는 구조 및 하기 구조는 제외된다.
[화학식 1-1]
상기 화학식 1-1에서,
X1 내지 X3는 각각 독립적으로, N 또는 CRa이고; 단, X1 내지 X3 중 적어도 두개는 N이고;
Ra 는 수소 또는 중수소이고;
Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소 및 (C6-C30)아릴 중 하나 이상으로 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴이고; 단, Ar1 내지 Ar3는 서로 상이하고, 나프탈렌을 포함하는 구조 및 하기 구조는 제외된다.
제15항에 있어서, 상기 화학식 1-1의 Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 쿼터페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐나프틸, 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸페닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐, 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트레닐, 또는 이들의 조합인 것인, 유기 전계 발광 화합물.
제15항에 있어서, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들로부터 선택되는 것인, 유기 전계 발광 화합물:
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
상기 화합물들에서, Dn은 n개의 수소가 중수소로 치환되었음을 의미한다.
제15항에 따른 유기 전계 발광 화합물을 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
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2023
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