WO2014098455A1 - 신규 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

신규 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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WO2014098455A1
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김홍석
백영미
김태형
이은정
라종규
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주식회사 두산
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Definitions

  • the present invention relates to a novel organic compound which can be used as a material for an organic electroluminescent device, and an organic electroluminescent device in which the luminous efficiency, driving voltage, lifetime, etc. of the device are improved.
  • the material used as the organic material layer may be classified into a light emitting material, a hole injection material, a hole transport material, an electron transport material, an electron injection material and the like according to its function.
  • the light emitting material may be classified into blue, green, and red light emitting materials, and yellow and orange light emitting materials required to realize a better natural color according to the light emitting color.
  • a host / dopant system may be used as a light emitting material.
  • the dopant material may be divided into a fluorescent dopant using an organic material and a phosphorescent dopant using a metal complex compound containing heavy atoms such as Ir and Pt.
  • a metal complex compound containing heavy atoms such as Ir and Pt.
  • NPB hole blocking layer
  • BCP hole blocking layer
  • Alq 3 and the like are widely known as the hole blocking layer and the electron transport layer
  • anthracene derivatives have been reported as fluorescent dopant / host materials as light emitting materials.
  • phosphorescent materials having great advantages in terms of efficiency improvement among the light emitting materials include metal complex compounds including Ir such as Firpic, Ir (ppy) 3 , (acac) Ir (btp) 2, and the like. Green and red dopant materials are used, and CBP is a phosphorescent host material.
  • an object of the present invention is to provide an organic electroluminescent device having improved driving voltage, luminous efficiency and the like by including the novel organic compound.
  • the present invention provides a compound represented by Formula 1:
  • X 1 and X 2 are the same as or different from each other, and are each independently selected from the group consisting of N (Ar 1 ), C (Ar 2 ) (Ar 3 ), O, and S, and at least one is necessarily N (Ar 1) )ego;
  • R 1 to R 8 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, deuterium, halogen, cyano, a substituted or unsubstituted C 1 to C 40 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 40 alkenyl group , Substituted or unsubstituted C 2 -C 40 alkynyl group, substituted or unsubstituted C 6 -C 40 aryl group, substituted or unsubstituted heteroaryl group having 5 to 40 nuclear atoms, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 40 aryloxy group, substituted or unsubstituted C 1 ⁇ C 40 Alkyloxy group, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 40 arylamine group, substituted or unsubstituted C 3 ⁇ C 40 A cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted heterocycloalkyl group having 3 to 40 nuclear
  • Ar 1 to Ar 3 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted C 1 to C 40 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 40 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 Alkynyl group of -C 40 , substituted or unsubstituted C 6 -C 40 aryl group, substituted or unsubstituted heteroaryl group of 5 to 40 nuclear atoms, substituted or unsubstituted C 6 -C 40 aryl jade Periodic, substituted or unsubstituted C 1 to C 40 alkyloxy group, substituted or unsubstituted C 6 to C 40 arylamine group, substituted or unsubstituted C 3 to C 40 cycloalkyl group, substituted or unsubstituted Heterocycloalkyl group having 3 to 40 nuclear atoms, substituted or unsubstituted C 1 to C
  • the present invention is an organic electroluminescent device comprising an anode, a cathode, and at least one organic layer interposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the at least one organic layer comprises the compound.
  • an organic electroluminescent device comprising an anode, a cathode, and at least one organic layer interposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the at least one organic layer comprises the compound.
  • At least one of the one or more organic material layers is preferably a light emitting layer.
  • the compound represented by Formula 1 of the present invention is excellent in thermal stability and phosphorescence properties, it may be applied to the light emitting layer of the organic EL device.
  • the novel compound according to the present invention is phenanthrocarbazole (phenanthro carbazole) is a ring containing a hetero atom is fused to form a basic skeleton, a variety of substituents are bonded to this basic skeleton has a structure represented by the formula (1) do.
  • the compound represented by Formula 1 has a higher molecular weight than the conventional organic EL device material [for example, 4,4-dicarbazolybiphenyl (hereinafter referred to as 'CBP')], and has a wide energy band gap, The bonding force of the electrons can be increased. Therefore, when the compound of Formula 1 is used in an organic EL device, the driving voltage, efficiency (light emitting efficiency, power efficiency), lifetime, and luminance of the device may be improved.
  • the conventional organic EL device material for example, 4,4-dicarbazolybiphenyl (hereinafter referred to as 'CBP')
  • 'CBP' 4,4-dicarbazolybiphenyl
  • the compound has a luminescence wavelength suitable for red phosphorescence due to its long conjugation length in the molecule due to the phenanthrocarbazole structure.
  • various aromatic ring substituents can increase the binding strength between holes and electrons while the whole molecule has bipolar properties, and thus has excellent properties as a host material of the light emitting layer compared to the conventional CBP. Can be represented.
  • the phosphorescent property of the device may be improved, and the hole injection ability and / or the transport ability, the luminous efficiency, the driving voltage, and the lifetime characteristics may be improved.
  • the energy level may be controlled by the substituents to have a wide band gap (sky blue to red), and thus may be applied to not only the light emitting layer but also a hole transport layer, a hole injection layer, and the like.
  • the molecular weight of the compound is significantly increased due to the various aromatic ring substituents introduced at the nitrogen position, the glass transition temperature can be improved, thereby having a higher thermal stability than the conventional CBP.
  • it is also effective to suppress the crystallization of the organic layer containing the compound of formula (1). Therefore, the device including the compound of formula 1 according to the present invention can greatly improve the durability and life characteristics.
  • the compound of Chemical Formula 1 according to the present invention when adopted as a hole injection / transport layer material of an organic EL device, a phosphorescent host material of blue, green and / or red color, the compound having the excellent efficiency and lifespan may be superior to the conventional CBP. Can be. Therefore, the compound according to the present invention can greatly contribute to improving the performance and lifespan of the organic EL device, and in particular, the device life improvement has a great effect on maximizing the performance in the full color organic light emitting panel.
  • Compound represented by the formula (1) according to the present invention may be more specifically represented by a compound represented by any one of the formulas (2) to (5).
  • R 1 to R 8 Ar 1 to Ar 3 are as defined in the formula (1).
  • X 1 and X 2 are the same as or different from each other, each independently selected from the group consisting of N (Ar 1 ), C (Ar 2 ) (Ar 3 ), O, S At least one is necessarily N (Ar 1 ).
  • X 1 and X 2 are both N (Ar 1 ), where each Ar 1 may be the same or different.
  • R 1 to R 8 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, deuterium, halogen, cyano, substituted or unsubstituted C 1 to C 40 alkyl group, substituted or unsubstituted A C 2 to C 40 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 40 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C 6 to C 40 aryl group, a substituted or unsubstituted nuclear atom having 5 to 40 Heteroaryl group, substituted or unsubstituted C 6 -C 40 aryloxy group, substituted or unsubstituted C 1 -C 40 alkyloxy group, substituted or unsubstituted C 6 -C 40 arylamine group, substituted Or an unsubstituted C 3 to C 40 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted heterocycloal
  • alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, aryloxy group, alkyloxy group, arylamine group, arylalkyl group, cycloalkyl group, heterocycloalkyl group, alkylsilyl group, alkyl of R 1 to R 8 is Boron group, aryl boron group, aryl phosphine group, aryl phosphine oxide group and aryl silyl group are each independently deuterium, halogen, cyano group, C 1 ⁇ C 40 alkyl group, C 2 ⁇ C 40 alkenyl group, C 2 ⁇ C 40 alkynyl group, C 6 ⁇ C 40 aryl group, C 5 ⁇ C 40 heteroaryl group, C 6 ⁇ C 40 aryloxy group, C 1 ⁇ C 40 alkyloxy group, C 6 ⁇ C 40 arylamine groups, C 3 to C 40 cycloalkyl groups, hetero
  • R 1 to R 8 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, deuterium (D), a substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 40 aryl group, substituted or unsubstituted nuclear atom 5 It is preferably selected from the group consisting of a heteroaryl group of 40 to 40, and a substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 40 arylamine group.
  • Ar 1 to Ar 3 are the same as or different from each other, and each independently a substituted or unsubstituted C 1 to C 40 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 40 alkene Nyl group, substituted or unsubstituted C 2 to C 40 alkynyl group, substituted or unsubstituted C 6 to C 40 aryl group, substituted or unsubstituted heteroaryl group having 5 to 40 nuclear atoms, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 40 aryloxy group, substituted or unsubstituted C 1 ⁇ C 40 Alkyloxy group, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 40 arylamine group, substituted or unsubstituted C 3 ⁇ C 40 cycloalkyl groups, substituted or unsubstituted heterocycloalkyl groups having 3 to 40 nuclear atoms, substituted or unsubstit
  • Alkyl boron group, aryl boron group, aryl phosphine group, aryl phosphine oxide group and aryl silyl group are each independently deuterium, halogen, cyano group, C 1 ⁇ C 40 alkyl group, C 2 ⁇ C 40 alkenyl group, C 2 C 40 alkynyl group, C 6 ⁇ C 40 aryl group, heteroaryl group of 5 to 40 nuclear atoms, C 6 ⁇ C 40 aryloxy group, C 1 ⁇ C 40 alkyloxy group, C 6 ⁇ C 40 -arylamine group, C 3 ⁇ C 40 cycloalkyl
  • Ar 1 to Ar 3 is preferably selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 40 aryl group and a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 5 to 40 nuclear atoms.
  • the aryl group and heteroaryl group of Ar 1 to Ar 3 are each independently deuterium, halogen, cyano group, C 1 ⁇ C 40 alkyl group, C 2 ⁇ C 40 alkenyl group, C 2 ⁇ C 40 alkynyl group , C 6 ⁇ C 40 aryl group, nuclear atom 5 to 40 heteroaryl group, C 6 ⁇ C 40 aryloxy group, C 1 ⁇ C 40 alkyloxy group, C 6 ⁇ C 40 arylamine group , with one or more substituents selected from C 3 ⁇ C 40 cycloalkyl group, a number of nuclear atoms of 3 to 40 heterocycloalkyl group, C 1 ⁇ C 40 alkyl silyl group, and a C 6 ⁇ arylsilyl group the group consisting of C 40 And when a plurality of substituents are substituted, they are the same or different from each other.
  • R 1 to R 8 and Ar 1 to Ar 3 are each independently selected from hydrogen or a substituent group consisting of the following substituents S1 to S200. However, it is not limited thereto.
  • Ar 1 to Ar 3 may be each independently selected from the following substituent groups.
  • the compound represented by Formula 1 of the present invention can be represented as follows. However, it is not limited to the following structure.
  • unsubstituted alkyl is a monovalent substituent derived from a straight or branched chain saturated hydrocarbon of 1 to 40 carbon atoms, examples of which are methyl, ethyl, propyl, isobutyl, sec-butyl, pentyl, iso -Amyl, hexyl and the like.
  • Unsubstituted alkenyl is a monovalent substituent derived from a straight or branched chain unsaturated hydrocarbon of 2 to 40 carbon atoms, having one or more carbon-carbon double bonds, examples of which include vinyl, allyl (allyl), isopropenyl, 2-butenyl, and the like, but are not limited thereto.
  • Unsubstituted alkynyl is a monovalent substituent derived from a straight or branched chain unsaturated hydrocarbon of 2 to 40 carbon atoms, having one or more carbon-carbon triple bonds, examples being ethynyl , 2-propynyl, and the like, but is not limited thereto.
  • Unsubstituted aryl means a monovalent substituent derived from an aromatic hydrocarbon of 6 to 60 carbon atoms, singly or in combination of two or more rings. Two or more rings may be attached in a simple or condensed form with one another. Examples of aryl include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, phenanthryl, anthryl, and the like.
  • Unsubstituted heteroaryl means a monovalent substituent derived from a monoheterocyclic or polyheterocyclic aromatic hydrocarbon having 5 to 40 nuclear atoms. At least one carbon in the ring, preferably 1 to 3 carbons, is substituted with a heteroatom such as N, O, S or Se. It is understood that two or more rings may be attached in a simple or condensed form with each other and further include a condensed form with an aryl group.
  • heteroaryl examples include 6-membered monocyclic rings such as pyridyl, pyrazinyl, pyrimidinyl, pyridazinyl, triazinyl; Polycyclics such as phenoxathienyl, indolinzinyl, indolyl, purinyl, quinolyl, benzothiazole, carbazolyl It is understood to include a ring and to include 2-furanyl, N-imidazolyl, 2-isoxazolyl, 2-pyridinyl, 2-pyrimidinyl, and the like.
  • Unsubstituted aryloxy is a monovalent substituent represented by RO-, wherein R is an aryl having 5 to 60 carbon atoms.
  • R is an aryl having 5 to 60 carbon atoms.
  • aryloxy include phenyloxy, naphthyloxy, diphenyloxy and the like.
  • Unsubstituted alkyloxy is a monovalent substituent represented by R'O-, wherein R 'means 1 to 40 alkyl, and has a linear, branched or cyclic structure Interpret as included.
  • alkyloxy may include, but are not limited to, methoxy, ethoxy, n-propoxy, 1-propoxy, t-butoxy, n-butoxy, pentoxy and the like.
  • Unsubstituted arylamine means an amine substituted with aryl having 6 to 60 carbon atoms.
  • Unsubstituted cycloalkyl means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 40 carbon atoms.
  • Examples of such cycloalkyls include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, norbornyl, adamantine, and the like.
  • Unsubstituted heterocycloalkyl means a monovalent substituent derived from a non-aromatic hydrocarbon having 3 to 40 nuclear atoms, wherein at least one carbon in the ring, preferably 1 to 3 carbons, is N, O or S Is substituted with a hetero atom such as Non-limiting examples thereof include morpholine, piperazine and the like.
  • Alkylsilyl means silyl substituted with alkyl having 1 to 40 carbon atoms
  • arylsilyl means silyl substituted with aryl having 5 to 40 carbon atoms
  • Condensed ring means a condensed aliphatic ring, a condensed aromatic ring, a condensed heteroaliphatic ring, a condensed heteroaromatic ring or a combined form thereof.
  • another aspect of the present invention relates to an organic electroluminescent device comprising a compound represented by the formula (1) according to the present invention.
  • the organic electroluminescent device of the present invention includes an anode, a cathode, and at least one organic layer interposed between the anode and the cathode, and at least one of the at least one organic layer Compound represented by the formula (1), preferably a compound represented by the formula (2) to a compound represented by the formula (5).
  • the compounds of Formulas 2 to 5 may be used alone or in combination of two or more.
  • the at least one organic material layer may be any one or more of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer and an electron injection layer, at least one of the organic material layer may include a compound represented by the formula (1).
  • the organic material layer including the compound of Compound 1 may be a light emitting layer.
  • the light emitting layer of the organic electroluminescent device may include a host material, wherein the host material may include the compound of formula (1).
  • the compound of Formula 1 when included as a light emitting layer material of the organic electroluminescent device, preferably a blue, green or red phosphorescent host, the binding force between holes and electrons in the light emitting layer is increased, so that the efficiency of the organic electroluminescent device (Luminescence efficiency and power efficiency), lifetime, brightness and driving voltage can be improved.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 may be included in the organic light emitting device as a blue, green and / or red phosphorescent host, a fluorescent host, or a dopant material.
  • the structure of the organic EL device according to the present invention described above is not particularly limited, and may be, for example, a structure in which a substrate, an anode, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and a cathode are sequentially stacked.
  • at least one of the hole injection layer, the hole transport layer, the light emitting layer, the electron transport layer and the electron injection layer may include a compound represented by the formula (1), preferably the light emitting layer comprises a compound represented by the formula (1) Can be.
  • the compound of the present invention may be used as a phosphorescent host of the light emitting layer.
  • An electron injection layer may be further stacked on the electron transport layer.
  • the structure of the organic electroluminescent device according to the present invention may be a structure in which an anode, one or more organic material layers and a cathode are sequentially stacked, and an insulating layer or an adhesive layer is inserted at an interface between the electrode and the organic material layer.
  • the organic electroluminescent device according to the present invention is formed by using materials and methods known in the art, except that at least one layer (eg, a light emitting layer) of the organic material layer is formed to include the compound represented by Chemical Formula 1. It may be prepared by forming another organic layer and an electrode.
  • at least one layer eg, a light emitting layer of the organic material layer is formed to include the compound represented by Chemical Formula 1. It may be prepared by forming another organic layer and an electrode.
  • the organic material layer may be formed by a vacuum deposition method or a solution coating method.
  • the solution coating method include, but are not limited to, spin coating, dip coating, doctor blading, inkjet printing, or thermal transfer.
  • the substrate usable in the present invention is not particularly limited, and silicon wafers, quartz, glass plates, metal plates, plastic films, sheets, and the like may be used.
  • examples of the anode material include metals such as vanadium, chromium, copper, zinc and gold or alloys thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO); Combinations of metals and oxides such as ZnO: Al or SnO 2 : Sb; Conductive polymers such as polythiophene, poly (3-methylthiophene), poly [3,4- (ethylene-1,2-dioxy) thiophene] (PEDT), polypyrrole or polyaniline; And carbon black, but are not limited thereto.
  • metals such as vanadium, chromium, copper, zinc and gold or alloys thereof.
  • Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO); Combinations of metals and oxides such as ZnO: Al or SnO 2 : Sb
  • Conductive polymers such as polythiophene, poly (3-methylthiophene
  • the negative electrode material may be a metal such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin, or lead or an alloy thereof; And multilayer structure materials such as LiF / Al or LiO 2 / Al, and the like.
  • the hole injection layer, the hole transport layer, the electron injection layer and the electron transport layer is not particularly limited, conventional materials known in the art may be used.
  • FP-2 (9.58 g, 32.22 mmol), bromobenzene (15.17 g, 96.65 mmol), Cu powder (0.41 g, 6.44 mmol), K 2 CO 3 (8.91 g, 64.43), a compound prepared in Preparation Example 2 under a nitrogen stream. mmol), Na 2 SO 4 (9.15 g, 64.43 mmol) and nitrobenzene (287 ml) were mixed and stirred at 190 ° C. for 12 h.
  • a glass substrate coated with ITO Indium tin oxide
  • ITO Indium tin oxide
  • a solvent such as isopropyl alcohol, acetone, methanol, etc.
  • UV OZONE cleaner Power sonic 405, Hwasin Tech
  • a red organic EL device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that CBP was used instead of the compound of Synthesis Example 1 as a light emitting host material when forming the emission layer.
  • Example 1-25 For each organic electroluminescent device manufactured in Example 1-25 and Comparative Example, the driving voltage and current efficiency at the current density of 10 mA / cm 2 were measured, and the results are shown in Table 1 below.
  • the red organic electroluminescent device of Example 1-25 which uses the compounds (FPA-1 to FPA-25) according to the present invention as the material of the light emitting layer, conventionally used CBP as the material of the light emitting layer Compared with the red organic electroluminescent device of Comparative Example 1, it can be seen that it shows excellent performance in terms of efficiency and driving voltage.

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Abstract

본 발명은 페난트로카바졸에 헤테로 원자를 포함하는 환이 융합되어 기본 골격을 이루며, 이러한 기본 골격에 다양한 치환체가 결합되는 신규 구조의 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명에서는 상기 화합물을 하나 이상의 유기층, 바람직하게는 발광층에 포함함으로써, 소자의 발광효율, 구동 전압, 수명 등이 향상될 수 있다.

Description

신규 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
본 발명은 유기 전계 발광 소자용 재료로서 사용될 수 있는 신규 유기 화합물 및 이를 포함하여 소자의 발광효율, 구동전압, 수명 등이 향상되는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
1950년대 Bernanose의 유기 박막 발광 관측을 시점으로 하여, 1965년 안트라센 단결정을 이용한 청색 전기발광으로 이어진 유기 전계 발광(electroluminescent, EL) 소자(이하, 간단히 '유기 EL 소자'로 칭함)에 대한 연구가 이어져 오다가, 1987년 탕(Tang)에 의하여 정공층과 발광층의 기능층으로 나눈 적층구조의 유기 EL 소자가 제시되었다. 이후, 고효율, 고수명의 유기 EL 소자를 만들기 위하여, 소자 내 각각의 특징적인 유기물 층을 도입하는 형태로 발전하여 왔으며, 이에 사용되는 특화된 물질의 개발로 이어졌다.
유기 전계 발광 소자는 두 전극 사이에 전압을 걸어 주면 양극에서는 정공이 유기물층으로 주입되고, 음극에서는 전자가 유기물층으로 주입된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이때, 유기물층으로 사용되는 물질은 그 기능에 따라, 발광 물질, 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등으로 분류될 수 있다.
발광 물질은 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 물질과, 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 물질로 구분될 수 있다. 또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 물질로서 호스트/도판트 계를 사용할 수 있다.
도판트 물질은 유기 물질을 사용하는 형광 도판트와 Ir, Pt 등의 중원자(heavy atoms)가 포함된 금속 착체 화합물을 사용하는 인광 도판트로 나눌 수 있다. 이때, 인광 재료의 개발은 이론적으로 형광에 비해 4배까지의 발광 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 인광 도판트 뿐만 아니라 인광 호스트 재료들에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
현재까지 정공 주입층, 정공 수송층. 정공 차단층, 전자 수송층으로는 NPB, BCP, Alq3 등이 널리 알려져 있으며, 발광 재료로는 안트라센 유도체들이 형광 도판트/호스트 재료로서 보고되고 있다. 특히, 발광 재료 중 효율 향상 측면에서 큰 장점을 가지고 있는 인광 재료들은 Firpic, Ir(ppy)3, (acac)Ir(btp)2 등과 같은 Ir을 포함하는 금속 착체 화합물이 청색(blue), 녹색(green), 적색(red) 도판트 재료로 사용되고 있으며, 현재까지는 CBP가 인광 호스트 재료로 높은 특성을 나타내고 있다.
그러나, 기존의 재료들은 발광 특성 측면에서는 유리한 면이 있으나, 유리전이온도가 낮아 열적 안정성이 매우 좋지 않기 때문에, OLED 소자에서의 수명 측면에서 만족할 만한 수준이 되지 못하는 실정이다. 따라서, 더욱 성능이 뛰어난 재료의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 높은 유리 전이온도로 인해 열적 안정성이 우수하면서, 정공과 전자의 결합력을 향상시킬 수 있는 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 상기 신규 유기 화합물을 포함하여 구동전압, 발광효율 등이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:
화학식 1
Figure PCTKR2013011754-appb-C000001
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2 는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 N(Ar1), C(Ar2)(Ar3), O, 및 S로 이루어진 군에서 선택되며, 적어도 하나는 반드시 N(Ar1)이고;
R1 내지 R8 은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되고, 또는 이들은 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며,
Ar1 내지 Ar3 는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 R1 내지 R8 및 Ar1 내지 Ar3에서, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C6~C40의 아릴알킬기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기는, 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다. 이때 복수 개의 치환기가 도입되는 경우, 이들 치환기는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
또한, 본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 1층 이상의 유기물층 중에서 적어도 하나는 상기 화합물을 포함하는 것이 특징인 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 발광층인 것이 바람직하다.
본 발명의 화학식 1 로 표시되는 화합물은 열적 안정성 및 인광 특성이 우수하기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광층에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 인광 호스트 물질로 사용할 경우, 종래 호스트 물질에 비해 우수한 발광 성능, 낮은 구동전압, 높은 효율 및 장수명을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제조할 수 있고, 나아가 성능, 수명이 크게 향상된 풀 칼라 디스플레이 패널도 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 신규 화합물은 페난트로카바졸(phenanthro carbazole)에 헤테로 원자를 포함하는 환이 융합되어 기본 골격을 이루며, 이러한 기본 골격에 다양한 치환체가 결합되어 상기 화학식 1로 표시되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 화학식 1로 표시되는 화합물은 종래 유기 EL 소자용 재료 [예: 4,4-dicarbazolybiphenyl (이하, 'CBP'로 표시함)] 보다 분자량이 클 뿐만 아니라, 넓은 에너지 밴드갭을 가지면서, 정공과 전자의 결합력을 높일 수 있다. 따라서, 상기 화학식 1의 화합물을 유기 EL 소자에 이용할 경우, 소자의 구동전압, 효율(발광효율, 전력효율), 수명 및 휘도 측면이 향상될 수 있다.
특히, 상기 화합물은 페난트로카바졸(phenanthro carbazole) 구조로 인해 분자 내의 컨쥬게이션(conjugation) 길이가 길어 적색 인광에 적합한 발광 파장을 가지고 있다. 또한 넓은 밴드갭을 가질 뿐만 아니라, 다양한 방향족 환 치환체로 인해 분자 전체가 바이폴라(bipolar) 특성을 가지면서, 정공과 전자의 결합력을 높일 수 있기 때문에, 종래 CBP에 비해 발광층의 호스트 재료로서의 우수한 특성을 나타낼 수 있다. 이로 인해, 소자의 인광특성을 개선함과 동시에 정공 주입 능력 및/또는 수송 능력, 발광효율, 구동전압, 수명 특성 등이 개선될 수 있다. 그리고, 상기 치환체들에 의해 에너지 레벨이 조절될 수 있어 넓은 밴드갭 (sky blue ~ red)을 갖게 되어 발광층 뿐만 아니라, 정공 수송층, 정공 주입층 등으로도 응용될 수 있다.
한편, 질소 위치에 도입된 다양한 방향족 환(aromatic ring) 치환체로 인해 화합물의 분자량이 유의적으로 증대됨으로써, 유리전이온도가 향상될 수 있고, 이로 인해 종래 CBP 보다 높은 열적 안정성을 가질 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기층의 결정화 억제에도 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 포함하는 소자는 내구성 및 수명 특성을 크게 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 유기 EL 소자의 정공 주입/수송층 재료, 청색, 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트 재료로 채택할 경우, 종래 CBP 대비 효율 및 수명 면에서 월등히 우수한 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물은 유기 EL 소자의 성능 개선 및 수명 향상에 크게 기여할 수 있으며, 특히 이러한 소자 수명 향상은 풀 칼라 유기 발광 패널에서의 성능 극대화에도 큰 효과가 있다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 화학식 5 중 어느 하나로 표시되는 화합물로 보다 구체화될 수 있다.
화학식 2
Figure PCTKR2013011754-appb-C000002
화학식 3
Figure PCTKR2013011754-appb-C000003
화학식 4
Figure PCTKR2013011754-appb-C000004
화학식 5
Figure PCTKR2013011754-appb-C000005
상기 화학식 2 내지 화학식 5에서,
R1 내지 R8, Ar1 내지 Ar3 는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
보다 구체적으로, 본 발명의 화학식 1에서, X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 N(Ar1), C(Ar2)(Ar3), O, S로 이루어진 군에서 선택되며, 적어도 하나는 반드시 N(Ar1)이다. 바람직하게는, X1 및 X2가 모두 N(Ar1)이며, 이때 각각의 Ar1은 동일하거나 상이할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 화학식 1에서, R1 내지 R8 는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되고, 또는 이들은 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다.
여기서, R1 내지 R8의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 아릴아민기, 아릴알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 복수개의 치환기가 도입되는 경우, 이들 치환기는 서로 동일하거나 상이하다.
본 발명에서, R1 내지 R8 은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소(D), 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 화학식 1에서, Ar1 내지 Ar3 는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
여기서, 상기 Ar1 내지 Ar3의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 아릴아민기, 아릴알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 복수개의 치환기가 치환되는 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
본 발명에서, 상기 Ar1 내지 Ar3 는 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 Ar1 내지 Ar3의 아릴기 및 헤테로아릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 복수 개의 치환기가 치환되는 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
본 발명에 따른 화학식 1의 화합물에서, R1 내지 R8 및 Ar1 내지 Ar3 는 각각 독립적으로 수소, 또는 하기 치환기 S1 내지 S200으로 이루어진 치환체 군에서 선택되는 것이 보다 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2013011754-appb-I000001
Figure PCTKR2013011754-appb-I000002
Figure PCTKR2013011754-appb-I000003
더욱 바람직하게는 Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로 하기 치환체 군에서 선택될 수 있다.
Figure PCTKR2013011754-appb-I000004
본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기와 같이 나타낼 수 있다. 단 하기 구조로 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2013011754-appb-I000005
Figure PCTKR2013011754-appb-I000006
Figure PCTKR2013011754-appb-I000007
Figure PCTKR2013011754-appb-I000008
Figure PCTKR2013011754-appb-I000009
본 발명에서 사용된 "비치환된 알킬"은 탄소수 1 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 포함한다.
"비치환된 알케닐(alkenyl)"은 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진, 탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
"비치환된 알키닐(alkynyl)"은 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진, 탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 에타인일(ethynyl), 2-프로파인일(2-propynyl) 등이 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다.
"비치환된 아릴"은 단독 고리 또는 2 이상의 고리가 조합된, 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태로 부착될 수 있다. 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등이 포함되며 이에 한정되는 것은 아니다.
"비치환된 헤테로아릴"은 핵원자수 5 내지 40의 모노헤테로사이클릭 또는 폴리헤테로사이클릭 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로원자로 치환된다. 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태로 부착될 수 있고, 나아가 아릴기와의 축합된 형태도 포함하는 것으로 해석한다. 헤테로아릴의 예로는 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐과 같은 6-원 모노사이클릭 고리; 페녹사티에닐(phenoxathienyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 인돌릴(indolyl), 퓨리닐(purinyl), 퀴놀릴(quinolyl), 벤조티아졸(benzothiazole), 카바졸릴(carbazolyl)과 같은 폴리사이클릭 고리를 포함하고, 2-퓨라닐, N-이미다졸릴, 2-이속사졸릴, 2-피리디닐, 2-피리미디닐 등도 포함하는 것으로 해석한다.
"비치환된 아릴옥시"는 RO-로 표시되는 1가의 치환기로서, 상기 R은 탄소수 5 내지 60의 아릴이다. 아릴옥시의 예로는 페닐옥시, 나프틸옥시, 디페닐옥시 등이 있다.
"비치환된 알킬옥시"는 R'O-로 표시되는 1가의 치환기로서, 상기 R'는 1 내지 40개의 알킬을 의미하며, 직쇄(linear), 측쇄(branched) 또는 사이클릭(cyclic) 구조를 포함하는 것으로 해석한다. 알킬옥시의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 1-프로폭시, t-부톡시, n-부톡시, 펜톡시 등이 포함될 수 있으며 이에 한정되지는 않는다.
"비치환된 아릴아민"은 탄소수 6 내지 60의 아릴로 치환된 아민을 의미한다.
"비치환된 시클로알킬"은 탄소수 3 내지 40의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 놀보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine)등이 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
"비치환된 헤테로시클로알킬"은 핵원자수 3 내지 40의 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미하며, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O 또는 S와 같은 헤테로 원자로 치환된다. 이의 비제한적인 예로는 모르폴린, 피페라진 등이 있다.
"알킬실릴"은 탄소수 1 내지 40의 알킬로 치환된 실릴이고, "아릴실릴"은 탄소수 5 내지 40의 아릴로 치환된 실릴을 의미한다.
"축합 고리"는 축합 지방족 고리, 축합 방향족 고리, 축합 헤테로지방족 고리, 축합 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합된 형태를 의미한다.
본 발명의 화학식 1의 화합물은 일반적인 합성방법에 따라 합성될 수 있다(Chem. Rev., 60:313 (1960); J. Chem. SOC. 4482 (1955); Chem. Rev. 95: 2457 (1995) 등 참조). 본 발명의 화합물에 대한 상세한 합성 과정은 후술하는 합성예에서 구체적으로 기술하도록 한다.
<유기 전계 발광 소자>
한편, 본 발명의 다른 측면은 상기한 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 양극(anode), 음극(cathode), 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 바람직하게는 화학식 2로 표시되는 화합물 내지 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함한다. 이때, 상기 화학식 2 내지 5의 화합물은 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 1층 이상의 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 어느 하나 이상일 수 있고, 이 중에서 적어도 하나의 유기물층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 화합물 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층일 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 유기 전계 발광 소자의 발광층은 호스트 재료를 포함할 수 있는데, 이때 호스트 재료로서 상기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 화학식 1의 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광층 재료, 바람직하게는 청색, 녹색, 적색의 인광 호스트로 포함할 경우, 발광층에서 정공과 전자의 결합력이 높아지기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 효율(발광효율 및 전력효율), 수명, 휘도 및 구동전압 등이 향상될 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 청색, 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트, 형광 호스트, 또는 도펀트 재료로서 유기 발광 소자에 포함될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 기판, 양극, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다. 이때, 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 하나 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 화합물은 발광층의 인광 호스트로 이용될 수 있다. 상기 전자수송층 위에는 전자주입층이 추가로 적층될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조는 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층될 뿐만 아니라, 전극과 유기물층 계면에 절연층 또는 접착층이 삽입된 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 상기 유기물층 중 1층 이상(예컨대, 발광층)이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하도록 형성하는 것을 제외하고는, 당 기술 분야에 알려져 있는 재료 및 방법을 이용하여 다른 유기물층 및 전극을 형성하여 제조될 수 있다.
상기 유기물층은 진공 증착법이나 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 용액 도포법의 예로는 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 발명에서 사용 가능한 기판으로는 특별히 한정되지 않으며, 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리판, 금속판, 플라스틱 필름 및 시트 등이 사용될 수 있다.
또, 양극 물질로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자; 및 카본블랙 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
또, 음극 물질로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 또는 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 및 LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층 및 전자 수송층은 특별히 한정되는 것은 아니며, 당 업계에 알려진 통상의 물질이 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[준비예 1] FP-1의 합성
<단계 1> 7-nitro-1,9-dihydroperylene의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000010
질소 기류 하에서 1,9-dihydroperylene 100.00 g (393.19 mmol), 1,4-dioxane (4000 ml)를 넣은 후 교반하였다. 100 ml 질산을 160ml 상수에 희석한 용매에 넣은 후 60℃에서 0.5시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후 4000 ml의 상수를 가하고 1,4-dioxane를 제거하고, 디클로로메탄으로 추출하였다. 추출된 유기층은 MgSO4를 사용하여 물을 제거하고, 컬럼크로마토그래피로 정제하여 목적 화합물인 7-nitro-1,9-dihydroperylene 41.19 g (수율 35%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 299.32 g/mol, 측정치: 299 g/mol)
<단계 2> 6,8-dihydro-1H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000011
질소 기류 하에서 7-nitro-1,9-dihydroperylene 41.19 g (137.61 mmol)과 triphenylphosphine 180.47 g (688.06 mmol), 1,2-dichlorobenzene 412 ml를 넣은 후 12시간 교반하였다. 반응 종료 후 1,2-dichlorobenzene를 제거하고 디클로로메탄으로 추출하였다. 추출된 유기층은 MgSO4로 물을 제거하고, 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 6,8-dihydro-1H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 25.01 g (yield : 68 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 267.32 g/mol, 측정치: 267 g/mol)
<단계 3> 6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000012
질소 기류 하에서 6,8-dihydro-1H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 25.01 g (93.56 mmol), 1-bromobenzene 44.07 g (280.67 mmol), Cu powder 1.19g (18.71 mmol), K2CO3 25.86g (187.12 mmol), Na2SO4 26.58 g (187.12 mmol) 및 nitrobenzene(750 ml)를 혼합하고 190℃에서 12시간 동안 교반하였다.
반응이 종결된 후 nitrobenzene을 제거하고 메틸렌클로라이드로 유기층을 분리한 다음 MgSO4를 사용하여 물을 제거하였다. 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피로 정제하여 목적 화합물인 6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 21.84 g (수율 68%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 343.32 g/mol, 측정치: 343 g/mol)
<단계 4> 11-nitro-6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000013
질소 기류 하에서 6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8cdefg]carbazole 21.84 g (63.61 mmol), 1,4-dioxane (874 ml)를 넣은 후 교반하였다. 22 ml 질산을 35ml 상수에 희석한 용매에 넣은 후 60℃에서 0.5시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후 874 ml의 상수를 가하고 1,4-dioxane를 제거하고, 디클로로메탄으로 추출하였다. 추출된 유기층은 MgSO4를 사용하여 물을 제거하고, 컬럼크로마토그래피로 정제하여 목적 화합물인 11-nitro-6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 9.39 g (수율 38%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 388.42 g/mol, 측정치: 388 g/mol)
<단계 5> FP-1의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000014
질소 기류 하에서 11-nitro-6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 9.39 g (24.17 mmol)과 triphenylphosphine 31.70 g (120.87 mmol), 1,2-dichlorobenzene 94 ml를 넣은 후 12시간 교반하였다. 반응 종료 후 1,2-dichlorobenzene를 제거하고 디클로로메탄으로 추출하였다. 추출된 유기층은 MgSO4로 물을 제거하고, 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 FP-1 5.26 g (yield : 61 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 356.42 g/mol, 측정치: 356 g/mol)
[준비예 2] FP-2의 합성
<단계 1> 3,6a-dihydroperyleno[1,12-bcd]thiophene 의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000015
질소 기류 하에서 1,9-dihydroperylene 100.00 g (393.19 mmol), 2.5M butyllithium 630 ml와 TMEDA 236 ml을 넣은 후 60℃에서 3시간 동안 교반하고 -78 ℃로 냉각 후 2000 ml의 THF를 가하고 Sulfur dichloride 40.49 g (393.19 mmol)를 넣은 후 25℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후 디클로로메탄으로 추출하였다. 추출된 유기층은 MgSO4로 물을 제거하고, 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 3,6a-dihydroperyleno[1,12-bcd]thiophene 33.54g (yield : 30 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 284.37 g/mol, 측정치: 284 g/mol)
<단계 2> 11-nitro-6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000016
1,9-dihydroperylene 대신 3,6a-dihydroperyleno[1,12-bcd]thiophene 을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 준비예 1의 <단계 1>와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 11-nitro-6-phenyl-6,6a-dihydro-3H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole 얻었다.
GC-Mass (이론치: 329.37 g/mol, 측정치: 329 g/mol)
<단계 3> FP-2 의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000017
7-nitro-1,9-dihydroperylene 대신 1-nitro-3,6a-dihydroperyleno[1,12-bcd]thiophene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 준비예 1의 <단계 2>와 동일한 과정을 수행하여 FP-2을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 297.37 g/mol, 측정치: 297 g/mol)
[합성예 1] FPA-1의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000018
질소 기류 하에서 준비예1에서 제조한 화합물인 FP-1 (5.26 g, 14.76 mmol), bromobenzene (6.95 g, 44.27 mmol), Cu powder(0.19 g, 2.95 mmol), K2CO3(4.08 g, 29.52 mmol), Na2SO4(4.19 g, 29.52 mmol) 및 nitrobenzene(158 ml)를 혼합하고 190℃에서 12시간 동안 교반하였다.
반응이 종결된 후 nitrobenzene을 제거하고 메틸렌클로라이드로 유기층을 분리한 다음 MgSO4를 사용하여 물을 제거하였다. 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피로 정제하여 목적 화합물인 PGA-1 (4.15 g, 수율 65%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 432.51 g/mol, 측정치: 432 g/mol)
[합성예 2] FPA-2의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000019
Bromobenzene 대신 2-bromo-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-2 (5.29 g, 수율 61%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 587.67 g/mol, 측정치: 587 g/mol)
[합성예 3] FPA-3의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000020
Bromobenzene 대신 2-bromo-4-phenylpyridine을 사용하는 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-3 (5.38 g, 수율 62%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 509.60 g/mol, 측정치: 509 g/mol)
[합성예 4] FPA-4의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000021
Bromobenzene 대신 4-(3-bromophenyl)-6-phenyldibenzo[b,d]thiophene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-4 (5.91 g, 수율 58%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 690.85 g/mol, 측정치: 690 g/mol)
[합성예 5] FPA-5의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000022
Bromobenzene 3-bromo-4,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-5 (5.35 g, 수율 63%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 575.66 g/mol, 측정치: 575 g/mol)
[합성예 6] FPA-6의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000023
Bromobenzene 대신 2-(3'-bromobiphenyl-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-6 (6.01 g, 수율 55%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 739.86 g/mol, 측정치: 739 g/mol)
[합성예 7] FPA-7의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000024
Bromobenzene 대신 (5-bromothieno[3,4-b]pyrazine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-7 (4.34 g, 수율 60%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 490.58 g/mol, 측정치: 490 g/mol)
[합성예 8] FPA-8의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000025
Bromobenzene 대신 2-(4-bromophenyl)triphenylene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-8 (5.74 g, 수율 59%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 658.79 g/mol, 측정치: 658 g/mol)
[합성예 9] FPA-9의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000026
Bromobenzene 대신 2-bromothieno[3,2-b]thiophene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-9 (4.89 g, 수율 67%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 494.63 g/mol, 측정치: 494 g/mol)
[합성예 10] FPA-10의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000027
Bromobenzene 대신 (4-bromophenyl)triphenylsilane을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-10 (6.02 g, 수율 59%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 690.90 g/mol, 측정치: 690 g/mol)
[합성예 11] FPA-11의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000028
Bromobenzene 대신 2-bromo-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-11 (5.08g, 수율 63%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 546.62 g/mol, 측정치: 546 g/mol)
[합성예 12] FPA-12의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000029
Bromobenzene 대신 2-bromobenzo[d]thiazole을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-12 (4.61 g, 수율 64%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 487.57 g/mol, 측정치: 487 g/mol)
[합성예 13] FPA-13의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000030
Bromobenzene 대신 (3-bromo-9-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-9H-carbazole을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-13 (6.32 g, 수율 57%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 750.85 g/mol, 측정치: 750 g/mol)
[합성예 14] FPA-14의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000031
Bromobenzene 대신 2-bromo-1,10-phenanthroline을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-14 (5.19 g, 수율 66%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 532.59 g/mol, 측정치: 532 g/mol)
[합성예 15] FPA-15의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000032
Bromobenzene 대신 1-bromo-3,5-difluorobenzene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-15 (4.34 g, 수율 63%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 466.48 g/mol, 측정치: 366 g/mol)
[합성예 16] FPA-16의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000033
Bromobenzene 대신 1-bromophthalazine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-16 (4.36 g, 수율 61%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 484.55 g/mol, 측정치: 484 g/mol)
[합성예 17] FPA-17의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000034
질소 기류 하에서 준비예2에서 제조한 화합물인 FP-2 (9.58 g, 32.22 mmol), bromobenzene (15.17 g, 96.65 mmol), Cu powder(0.41 g, 6.44 mmol), K2CO3(8.91 g, 64.43 mmol), Na2SO4(9.15 g, 64.43 mmol) 및 nitrobenzene(287 ml)를 혼합하고 190℃에서 12시간 동안 교반하였다.
반응이 종결된 후 nitrobenzene을 제거하고 메틸렌클로라이드로 유기층을 분리한 다음 MgSO4를 사용하여 물을 제거하였다. 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피로 정제하여 목적 화합물인 PGA-17 (9.06 g, 수율 65%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 432.51 g/mol, 측정치: 432 g/mol)
[합성예 18] FPA-18의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000035
Bromobenzene 대신 2-bromo-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-18 (11.24 g, 수율 66%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 528.63 g/mol, 측정치: 528 g/mol)
[합성예 19] FPA-19의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000036
Bromobenzene 대신 2-bromo-4-phenylpyridine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-19 (9.29 g, 수율 64%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 450.55 g/mol, 측정치: 450 g/mol)
[합성예 20] FPA-20의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000037
Bromobenzene 대신 4-(3-bromophenyl)-6-phenyldibenzo[b,d]thiophene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-20 (11.81 g, 수율 58%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 631.81 g/mol, 측정치: 631 g/mol)
[합성예 21] FPA-21의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000038
Bromobenzene 대신 3-bromo-4,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-21 (4.36 g, 수율 61%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 516.61 g/mol, 측정치: 516 g/mol)
[합성예 22] FPA-22의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000039
Bromobenzene 대신 2-(3'-bromobiphenyl-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-22 (12.50 g, 수율 57%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 680.82 g/mol, 측정치: 680 g/mol)
[합성예 23] FPA-23의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000040
Bromobenzene 대신 5-bromothieno[3,4-b]pyrazine을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-23 (9.31 g, 수율 67%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 431/53 g/mol, 측정치: 431 g/mol)
[합성예 24] FPA-24의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000041
Bromobenzene 대신 2-(4-bromophenyl)triphenylene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-24 (10.24 g, 수율 53%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 599.74 g/mol, 측정치: 599 g/mol)
[합성예 25] FPA-25의 합성
Figure PCTKR2013011754-appb-I000042
Bromobenzene 대신 2-bromothieno[3,2-b]thiophene을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 17과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 FPA-25 (8.84 g, 수율 63%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 435.58 g/mol, 측정치: 435 g/mol)
[실시예 1 ~ 25] 적색 유기 전계 발광 소자의 제작
합성예 1~25에서 합성된 화합물 FPA-1 ~ FPA-25을 통상적으로 알려진 방법으로 고순도 승화정제를 한 후 아래의 과정에 따라 적색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1500Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 UV OZONE 세정기 (Power sonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음 UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 m-MTDATA (60 nm)/TCTA (80 nm)/합성예 1 내지 합성예 25의 화합물 + 10 % (piq)2Ir(acac) (300nm)/BCP (10 nm)/Alq3 (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예]
발광층 형성시 발광 호스트 물질로서 상기 합성예 1의 화합물 대신 CBP를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 적색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
상기 실시예 1 ~ 25 및 비교예에서 사용된 m-MTDATA, (piq)2Ir(acac), CBP 및 BCP의 구조는 하기와 같다.
Figure PCTKR2013011754-appb-I000043
[평가예]
실시예 1-25 및 비교예에서 제작한 각각의 유기 전계 발광 소자에 대하여 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압 및 전류효율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
샘플 호스트 구동 전압(V) 전류효율(cd/A)
실시예 1 FPA-1 5.01 12.11
실시예 2 FPA-2 4.77 13.28
실시예 3 FPA-3 4.89 12.94
실시예 4 FPA-4 4.68 13.22
실시예 5 FPA-5 4.44 13.47
실시예 6 FPA-6 4.31 13.61
실시예 7 FPA-7 4.63 13.18
실시예 8 FPA-8 4.46 13.33
실시예 9 FPA-9 4.82 13.07
실시예 10 FPA-10 4.99 12.88
실시예 11 FPA-11 4.56 13.13
실시예 12 FPA-12 4.75 13.01
실시예 13 FPA-13 4.61 13.12
실시예 14 FPA-14 4.67 13.11
실시예 15 FPA-15 4.67 12.94
실시예 16 FPA-16 5.04 12.78
실시예 17 FPA-17 5.34 11.75
실시예 18 FPA-18 4.97 12.98
실시예 19 FPA-19 5.02 12.74
실시예 20 FPA-20 4.88 13.02
실시예 21 FPA-21 4.64 13.27
실시예 22 FPA-22 4.51 13.41
실시예 23 FPA-23 4.93 12.64
실시예 24 FPA-24 4.66 13.03
실시예 25 FPA-25 4.72 13.07
비교예 1 CBP 5.89 8.98
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물(FPA-1 ~ FPA-25)을 발광층의 재료로 사용하는 실시예 1-25의 적색 유기 전계 발광 소자는, 종래 CBP를 발광층의 재료로 사용하는 비교예 1의 적색 유기 전계 발광 소자와 비교해 볼 때 효율 및 구동전압 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속하는 것은 당연하다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2013011754-appb-I000044
    상기 식에서,
    X1 및 X2 는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 N(Ar1), C(Ar2)(Ar3), O, 및 S로 이루어진 군에서 선택되며, 적어도 하나는 반드시 N(Ar1)이고;
    R1 내지 R8 은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되고, 또는 이들은 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며,
    Ar1 내지 Ar3 는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되고,
    상기 R1 내지 R8 및 Ar1 내지 Ar3에서, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C6~C40의 C6~C40의 아릴알킬기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 C6~C40의 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 화학식 5 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2013011754-appb-I000045
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2013011754-appb-I000046
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2013011754-appb-I000047
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2013011754-appb-I000048
    상기 화학식 2 내지 화학식 5에서, R1 내지 R8, Ar1 내지 Ar3 는 제1항에서 정의된 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 X1 및 X2는 모두 N(Ar1)이며, 여기서 각각의 Ar1은 서로 동일하거나 또는 상이한 것을 특징으로 하는 화합물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 R1 내지 R8 은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소(D), 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환되거나 또는 비치환되는 것을 특징으로 하는 화합물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 Ar1 내지 Ar3 는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 Ar1 내지 Ar3 에서, 아릴기 및 헤테로아릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환되거나 또는 비치환되는 것을 특징으로 하는 화합물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 Ar1 내지 Ar3 는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하기 치환체 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물.
    Figure PCTKR2013011754-appb-I000049
  7. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며,
    상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 화합물을 포함하는 것이 특징인 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 화합물을 포함하는 적어도 하나의 유기물층은 발광층인 것이 특징인 유기 전계 발광 소자.
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