WO2017014460A1 - 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 Download PDF

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WO2017014460A1
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layer
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이윤석
이선희
소기호
오대환
박형근
조혜민
박종광
이가은
정연석
김대성
박성제
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    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H10K85/324—Metal complexes comprising a group IIIA element, e.g. Tris (8-hydroxyquinoline) gallium [Gaq3] comprising aluminium, e.g. Alq3

Definitions

  • the present invention relates to a compound for an organic electric device, an organic electric device using the same, and an electronic device thereof.
  • organic light emitting phenomenon refers to a phenomenon of converting electrical energy into light energy using an organic material.
  • An organic electric element using an organic light emitting phenomenon usually has a structure including an anode, a cathode, and an organic material layer therebetween.
  • the organic layer is often made of a multi-layer structure composed of different materials in order to increase the efficiency and stability of the organic electric device, for example, it may be made of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer and an electron injection layer.
  • the material used as the organic material layer in the organic electric element may be classified into a light emitting material and a charge transport material such as a hole injection material, a hole transport material, an electron transport material, an electron injection material and the like according to a function.
  • Efficiency, lifespan, and driving voltage are related to each other, and as efficiency increases, the driving voltage decreases relatively, and as the driving voltage decreases, crystallization of organic materials due to Joule heating generated during driving decreases. It shows a tendency to increase the life.
  • a light emitting auxiliary layer must exist between the hole transport layer and the light emitting layer, and different light emitting auxiliary according to each light emitting layer (R, G, B). It is time to develop the floor.
  • electrons are transferred from the electron transport layer to the light emitting layer, and holes are transferred from the hole transport layer to the light emitting layer to generate excitons by recombination.
  • the OLED device is mainly formed by a deposition method, which requires development of a material that can withstand a long time during deposition, that is, a material having strong heat resistance.
  • the materials constituting the organic material layer in the device such as a hole injection material, a hole transport material, a light emitting material, an electron transport material, an electron injection material, a light emitting auxiliary layer material, etc.
  • a hole injection material such as a hole injection material, a hole transport material, a light emitting material, an electron transport material, an electron injection material, a light emitting auxiliary layer material, etc.
  • the material should be preceded, but development of a stable and efficient organic material layer for an organic electric device has not been made yet. Therefore, the development of new materials continues to be required, and in particular, the development of materials for the light emitting auxiliary layer and the hole transport layer is urgently required.
  • Patent Document 1 KR10-2013-00076842 A
  • Patent Document 2 KR10-2014-0103697 A
  • Embodiments of the present invention to solve the problems of the above-described background, the discovery of a compound having a novel structure, and also when the compound is applied to an organic electric device greatly improve the luminous efficiency, stability and life of the device It turns out that you can.
  • an object of the present invention is to provide a novel compound, an organic electric device, and an electronic device using the same.
  • the present invention provides a compound represented by the following formula (1) and a composition for a hole-passing layer or a light-emitting auxiliary layer comprising the same, and an organic electric device comprising the compound.
  • FIG. 1 is an exemplary view of an organic electroluminescent device according to the present invention.
  • halo or halogen as used herein is fluorine (F), bromine (Br), chlorine (Cl) or iodine (I) unless otherwise indicated.
  • alkyl or “alkyl group” has a single bond of 1 to 60 carbon atoms, unless otherwise indicated, and is a straight chain alkyl group, branched chain alkyl group, cycloalkyl (alicyclic) group, alkyl-substituted cyclo Radicals of saturated aliphatic functional groups, including alkyl groups, cycloalkyl-substituted alkyl groups.
  • heteroalkyl group means that at least one of the carbon atoms constituting the alkyl group has been replaced with a heteroatom.
  • alkenyl group As used herein, the terms “alkenyl group”, “alkenyl group” or “alkynyl group” have a double or triple bond of 2 to 60 carbon atoms, respectively, unless otherwise stated, and include straight or branched chain groups. It is not limited to this.
  • cycloalkyl refers to alkyl forming a ring having 3 to 60 carbon atoms, without being limited thereto.
  • alkoxyl group means an alkyl group to which an oxygen radical is attached, and unless otherwise specified, has a carbon number of 1 to 60, and is limited herein. It is not.
  • alkenoxyl group means an alkenyl group to which an oxygen radical is attached, and unless otherwise stated, it is 2 to 60 It has carbon number of, It is not limited to this.
  • aryloxyl group or “aryloxy group” means an aryl group to which an oxygen radical is attached, and unless otherwise specified, has a carbon number of 6 to 60, but is not limited thereto.
  • aryl group and “arylene group” have a carbon number of 6 to 60 unless otherwise stated, but is not limited thereto.
  • an aryl group or an arylene group means an aromatic of a single ring or multiple rings, and includes an aromatic ring formed by neighboring substituents participating in a bond or a reaction.
  • the aryl group may be a phenyl group, a biphenyl group, a fluorene group, a spirofluorene group.
  • aryl or "ar” means a radical substituted with an aryl group.
  • an arylalkyl group is an alkyl group substituted with an aryl group
  • an arylalkenyl group is an alkenyl group substituted with an aryl group
  • the radical substituted with an aryl group has the carbon number described herein.
  • an arylalkoxy group means an alkoxy group substituted with an aryl group
  • an alkoxylcarbonyl group means a carbonyl group substituted with an alkoxyl group
  • an arylcarbonylalkenyl group means an alkenyl group substituted with an arylcarbonyl group.
  • the arylcarbonyl group is a carbonyl group substituted with an aryl group.
  • heteroalkyl means an alkyl including one or more heteroatoms unless otherwise indicated.
  • heteroaryl group or “heteroarylene group” means an aryl group or arylene group having 2 to 60 carbon atoms, each containing one or more heteroatoms, unless otherwise specified. It may include at least one of a single ring and multiple rings, and may be formed by combining adjacent functional groups.
  • heterocyclic group includes one or more heteroatoms, unless otherwise indicated, and has from 2 to 60 carbon atoms, and includes at least one of single and multiple rings, heteroaliphatic rings and hetero Aromatic rings. Adjacent functional groups may be formed in combination.
  • heteroatom refers to N, O, S, P or Si unless otherwise stated.
  • Heterocyclic groups may also include rings comprising SO 2 instead of carbon forming the ring.
  • a “heterocyclic group” includes the following compounds.
  • aliphatic as used herein means an aliphatic hydrocarbon having 1 to 60 carbon atoms
  • aliphatic ring means an aliphatic hydrocarbon ring having 3 to 60 carbon atoms.
  • ring refers to a fused ring consisting of an aliphatic ring having 3 to 60 carbon atoms or an aromatic ring having 6 to 60 carbon atoms or a hetero ring having 2 to 60 carbon atoms or a combination thereof. Saturated or unsaturated rings.
  • heterocompounds or heteroradicals other than the aforementioned heterocompounds include, but are not limited to, one or more heteroatoms.
  • carbonyl used in the present invention is represented by -COR ', wherein R' is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and 3 to 30 carbon atoms. Cycloalkyl group, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, or a combination thereof.
  • ether as used herein is represented by -RO-R ', wherein R or R' are each independently of each other hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, It is an aryl group, a C3-C30 cycloalkyl group, a C2-C20 alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, or a combination thereof.
  • substituted in the term “substituted or unsubstituted” as used herein refers to deuterium, halogen, amino, nitrile, nitro, C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkoxyl group, C 1 ⁇ C 20 alkylamine group, C 1 ⁇ C 20 alkylthiophene group, C 6 ⁇ C 20 arylthiophene group, C 2 ⁇ C 20 alkenyl group, C 2 ⁇ C 20 alkynyl, C 3 ⁇ C 20 cycloalkyl group, C 6 ⁇ C 20 aryl group, of a C 6 ⁇ C 20 substituted by deuterium aryl group, a C 8 ⁇ C 20 aryl alkenyl group, a silane group, a boron Group, germanium group, and C 2 ⁇ C 20 It is meant to be substituted with one or more substituents selected from the group consisting of,
  • the substituent R 1 when a is an integer of 0, the substituent R 1 is absent, when a is an integer of 1, one substituent R 1 is bonded to any one of carbons forming the benzene ring, and a is an integer of 2 or 3 are each bonded as follows, where R 1 may be the same or different from each other, and when a is an integer from 4 to 6, it is bonded to the carbon of the benzene ring in a similar manner, while the indication of hydrogen bonded to the carbon forming the benzene ring Is omitted.
  • L 1 is a C 6 to C 60 aryl group represented by the following general formula (1-a), and in the following general formula (1-a), c represents an integer of 1 to 10 and is located at 1,4 position of the aryl group. Not substituted and connected,
  • m is an integer of 0 to 4
  • n is an integer of 0 to 3
  • R 1, 2 are the same or different from each other, deuterium independently of each other; halogen; C 6 ⁇ C 60 Aryl group; Fluorenyl group; C 2 ⁇ C 60 heterocyclic group containing at least one heteroatom of O, N, S, Si and P; Fused ring group of an aromatic ring of C 3 ⁇ C 60 of aliphatic rings and C 6 ⁇ C 60; C 1 ⁇ C 50 Alkyl group; C 2 ⁇ C 20 Alkenyl group; Alkynyl groups of C 2 to C 20 ; C 1 -C 30 alkoxyl group; C 6 -C 30 aryloxy group; And -L'-N (R a ) (R b ); when m and n are 2 or more, each of which is the same or different as a plurality, and a plurality of R 1 or a plurality of R 2 are mutually Can be joined to form
  • aryl group, heteroaryl group, fluorenyl group, arylene group, heterocyclic group and fused ring group are each deuterium; halogen; silane group; siloxane group; boron group; germanium group; cyano group; nitro group; -L '-N (R a) (R b); C 1 ⁇ Import alkylthio of C 20; C 1 ⁇ alkoxy group of C 20; C 1 ⁇ alkyl group of C 20; C 2 ⁇ C 20 alkenyl group a; 2 C ⁇ alkynyl of C 20; an aryl group of C 6 - C 20 substituted with heavy hydrogen;; C 6 ⁇ C 20 aryl group, a fluorenyl group; C 2 - heterocyclic group of C 20; C of 3 ⁇ C 20 cycloalkyl
  • An alkyl group may be further substituted with one or more substituents selected from the group consisting of an arylalkyl group of C
  • the compound of Formula (1) is represented by the following Formula (2) or Formula (3).
  • R 1 ⁇ 2 , Ar 1 ⁇ 2, m, n, L 1 are as defined in formula (1).
  • the present invention provides a compound characterized in that L 1 in the compound represented by the formula (2) or (3) is selected from the group consisting of the following formula (A-1) to (A-7) .
  • the organic electric device 100 includes a first electrode 120, a second electrode 180, and a first electrode 120 and a second electrode formed on a substrate 110.
  • An organic material layer including a compound represented by Chemical Formula 1 is provided between 180.
  • the first electrode 120 may be an anode (anode)
  • the second electrode 180 may be a cathode (cathode)
  • the first electrode may be a cathode and the second electrode may be an anode.
  • the organic layer may include a hole injection layer 130, a hole transport layer 140, a light emitting layer 150, an electron transport layer 160, and an electron injection layer 170 on the first electrode 120 in sequence. At this time, the remaining layers except for the light emitting layer 150 may not be formed.
  • the hole blocking layer, the electron blocking layer, the light emitting auxiliary layer 151, the buffer layer 141 may be further included, and the electron transport layer 160 may serve as the hole blocking layer.
  • the organic electronic device according to the present invention may further include a protective layer formed on one surface of the first electrode and the second electrode opposite to the organic material layer.
  • the organic electroluminescent device may be manufactured using a PVD method.
  • a metal or conductive metal oxide or an alloy thereof is deposited on a substrate to form an anode, and the hole injection layer 130, the hole transport layer 140, the light emitting layer 150, the electron transport layer 160 are disposed thereon.
  • the organic material layer including the electron injection layer 170 it can be prepared by depositing a material that can be used as a cathode thereon.
  • the present invention includes a first electrode; Second electrode; And an organic material layer positioned between the first electrode and the second electrode, wherein the organic material layer contains a compound included in Chemical Formula (1).
  • the present invention may further include an optical efficiency improvement layer formed on at least one of one side of the first electrode opposite to the organic material layer or one side of the second electrode opposite to the organic material layer. It provides an organic electric device.
  • the organic material layer is formed by any one of a spin coating process, a nozzle printing process, an inkjet printing process, a slot coating process, a dip coating process and a roll-to-roll process, the organic layer is an electron transport material containing the compound It provides an organic electric element, characterized in that.
  • the present invention provides an organic electric device, characterized in that the same or different compounds of the compound represented by the formula (1) are mixed and used in the organic material layer.
  • the present invention provides a composition for a hole transport layer comprising a compound represented by the formula (1), and provides an organic electric device comprising the hole transport layer.
  • the present invention provides a light emitting auxiliary layer composition comprising a compound represented by the formula (1), and provides an organic electric device comprising the light emitting auxiliary layer.
  • the present invention provides an organic electroluminescent device comprising a hole transport layer and a light emitting auxiliary layer comprising a compound represented by the formula (1), in another aspect a hole transport layer comprising a compound represented by the formula (1) Or it provides an organic electric device comprising a light emitting auxiliary layer.
  • the present invention is a display device comprising the above-mentioned organic electric element; And a controller for driving the display device.
  • the organic electronic device provides an electronic device according to the present invention, wherein the organic electroluminescent device is at least one of an organic electroluminescent device, an organic solar cell, an organic photoconductor, an organic transistor, and a monochromatic or white illumination device.
  • the electronic device may be a current or future wired or wireless communication terminal, and includes all electronic devices such as a mobile communication terminal such as a mobile phone, a PDA, an electronic dictionary, a PMP, a remote controller, a navigation device, a game machine, various TVs, and various computers.
  • Sub 1 of Scheme 1 may be synthesized by the reaction route of Scheme 2, but is not limited thereto.
  • Sub 1-1-1 (44.83 g, 140 mmol) was dissolved in 980 mL of DMF, then Bispinacolborate (39.1 g, 154 mmol), PdCl 2 (dppf) catalyst (3.43 g, 4.2 mmol), KOAc (41.3 g, 420 mmol) After 24 hours of stirring), the obtained compound was separated through a silicagel column and recrystallization to obtain 35.0 g (68%) of borate compound Sub 1-2-1.
  • Sub 1-1-2 (44.83 g, 140 mmol) was dissolved in 980 mL of DMF, and then 20.3 g (69%) of Sub 1-2-2 was obtained in the same manner as in Sub 1-2-1.
  • Sub 1 An example of Sub 1 is as follows, but is not limited thereto.
  • Sub 2 of Scheme 1 may be synthesized by the reaction route of Scheme 3, but is not limited thereto.
  • Sub 2 is as follows, but is not limited thereto.
  • N 1- (naphthalen-2-yl) -N 4 , N 4 -bis (4- (naphthalen-2-yl (phenyl) amino) phenyl ) -N 1 -phenylbenzene-1,4-diamine (abbreviated as 2-TNATA) film was vacuum deposited to form a thickness of 60 nm.
  • the inventive compound 1-1 was vacuum deposited to a thickness of 60 nm with a hole transport compound on the film to form a hole transport layer.
  • a light emitting layer having a thickness of 30 nm was deposited by doping 9,10-di (naphthalen-2-yl) anthracene as a light emitting layer host and BD-052X (Idemitsukosan) as a dopant at 96: 4 weight.
  • BD-052X Imdemitsukosan
  • As a hole blocking layer (1,1'-bisphenyl) -4-oleito) bis (2-methyl-8-quinoline oleito) aluminum (hereinafter abbreviated as BAlq) was vacuum-deposited to a thickness of 10 nm, and the electron transport layer Tris (8-quinolinol) aluminum (hereinafter abbreviated as Alq3) was formed into a 40 nm thick film.
  • LiF which is an alkali metal halide
  • Al was deposited to a thickness of 150 nm to prepare an organic light emitting device.
  • the electroluminescent (EL) characteristics were measured by the PR-650 of photoresearch by applying a forward bias DC voltage to the organic electroluminescent light emitting diodes prepared in Example and Comparative Example. T95 life was measured using a life measurement instrument manufactured by McScience. The following table shows the results of device fabrication and evaluation.
  • Comparative Example 2 which uses Indolocarbazole as the core, compared to Comparative Example 1, which used NPB as the hole transport layer, showed improved device results in terms of driving voltage, efficiency, and lifetime.
  • the compounds 2-1 to 36 of the invention having non-linear substituents have a higher T1 value because the bonding angle is smaller than that of the comparative compound 2 having a linear substituent. It is judged that the electron blocking ability is improved by this, and the inventive compounds 1-1 to 35 in which the non-linear substituent is connected to the 6 position of indolocarbazole are shorter than when the conjugation length is connected to the 5 position. As a result, the band gap becomes wider, resulting in a deep HOMO value. Therefore, the device using the compound of the present invention is determined that the exciton is more easily generated in the light emitting layer due to the deep HOMO value and the improved electron blocking ability, resulting in improved efficiency and lifetime, and lowering the driving voltage.
  • N 1- (naphthalen-2-yl) -N 4 , N 4 -bis (4- (naphthalen-2-yl (phenyl) amino) phenyl as a hole injection layer ) -N 1 -phenylbenzene-1,4-diamine (abbreviated as 2-TNATA) membrane was vacuum deposited to form a thickness of 60 nm.
  • NPD 4,4-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl
  • CBP was used as a host on the emission auxiliary layer, and as a dopant, (piq) 2 Ir (acac) [bis- (1-phenylisoquinolyl) iridium (III) acetylacetonate] was 95: 5 weight.
  • a light emitting layer having a thickness of 30 nm was deposited on the light emitting auxiliary layer by doping.
  • BAlq (1,1'-bisphenyl) -4-oleito) bis (2-methyl-8-quinoline oleito) aluminum
  • BAlq the electron transport layer Tris (8-quinolinol) aluminum
  • Alq3 the electron transport layer Tris (8-quinolinol) aluminum
  • the electroluminescent (EL) characteristics of the Example and Comparative Example organic electroluminescent devices manufactured as described above were applied to the PR-650 of photoresearch by applying a forward bias DC voltage, and the measurement results were obtained at a luminance of 2500 cd / m2.
  • the T95 life was measured using a life measurement instrument manufactured by McScience.
  • the following table shows the results of device fabrication and evaluation.
  • An organic electroluminescent device was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the light emitting auxiliary layer was not used.
  • An organic electroluminescent device was manufactured in the same manner as in Example 2, except that Comparative Compounds (1) and (2) were used as the emission auxiliary layer.
  • the compound of the present invention when used alone as a light emitting auxiliary layer, it has a high T1 energy level and a deep HOMO energy level. As a result, holes and electrons achieve a charge balance and a hole transport layer. This is because light emission is generated inside the light emitting layer, not at the interface, thereby lowering the driving voltage and maximizing efficiency and lifespan.

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Abstract

본 발명은 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있는 신규 화합물 및 이를 이용한 유기전기소자, 그 전자 장치를 제공한다.

Description

유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치
본 발명은 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기전기소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물 층은 유기전기소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.
유기전기소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다.
유기 전기 발광소자에 있어 가장 문제시되는 것은 수명과 효율인데, 디스플레이가 대면적화되면서 이러한 효율이나 수명 문제는 반드시 해결해야 되는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생되는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 높아지는 경향을 나타낸다.
하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
또한, 최근 유기 전기 발광소자에 있어 정공수송층에서의 발광 문제를 해결하기 위해서는 반드시 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층이 존재하여야 하며, 각각의 발광층(R, G, B)에 따른 서로 다른 발광보조층의 개발이 필요한 시점이다.
일반적으로 전자수송층에서 발광층으로 전자(electron)가 전달되고 정공(hole)이 정공수송층에서 발광층으로 전달되어 재조합(recombination)에 의해 엑시톤(exciton)이 생성된다.
하지만 정공수송층에 사용되는 물질의 경우 낮은 HOMO 값을 가져야 하기 때문에 대부분 낮은 T1 값을 가지며, 이로 인해 발광층에서 생성된 엑시톤(exciton)이 정공수송층으로 넘어가게 되어 결과적으로 발광층 내 전하 불균형(charge unbalance)을 초래하여 정공수송층 계면에서 발광하게 된다.
정공수송층 계면에서 발광될 경우, 유기전기소자의 색순도 및 효율이 저하되고 수명이 짧아지는 문제점이 발생하게 된다. 따라서 높은 T1 값을 가지며, 정공 수송층 HOMO 에너지 준위와 발광층의 HOMO 에너지 준위 사이의 HOMO 준위를 갖는 발광보조층이 개발이 절실히 요구된다.
한편, 유기전기소자의 수명단축 원인 중 하나인 양극전극(ITO)으로부터 금속 산화물이 유기층으로 침투확산되는 것을 지연시키면서, 소자 구동시 발생되는 주울열(Joule heating)에 대해서도 안정된 특성, 즉 높은 유리 전이온도를 갖는 정공 주입층 재료에 대한 개발이 필요하다. 정공수송층 재료의 낮은 유리전이 온도는 소자 구동시, 박막 표면의 균일도를 저하시키는 특성이 있는바, 이는 소자수명에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 또한, OLED 소자는 주로 증착 방법에 의해 형성되는데, 증착시 오랫동안 견딜 수 있는 재료, 즉 내열특성이 강한 재료 개발이 필요한 실정이다.
즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질, 발광보조층 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정되고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있으며, 특히 발광보조층과 정공수송층의 재료에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
참고한 선행기술문헌은 하기와 같다.
(특허문헌 1) KR10-2013-00076842 A
(특허문헌 2) KR10-2014-0103697 A
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예는, 신규한 구조를 갖는 화합물을 밝혀내었으며, 또한 이 화합물을 유기전기소자에 적용시 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다는 사실을 밝혀내었다.
이에 본 발명은 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기전기소자, 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 정공수승층 또는 발광보조층용 조성물과 상기 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.
화학식 (1)
Figure PCTKR2016007400-appb-I000001
본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성을 달성할 수 있고, 소자의 색순도 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 예시도이다.
100 : 유기전기소자 110 : 기판
120 : 제 1전극(양극) 130 : 정공주입층
140 : 정공수송층 141 : 버퍼층
150 : 발광층 151 : 발광보조층
160 : 전자수송층 170 : 전자주입층
180 : 제 2전극(음극)
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a),(b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, 달리 언급하지 않는 한, 하기 용어의 의미는 하기와 같다:
본 명세서에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소(F), 브롬(Br), 염소(Cl) 또는 요오드(I)이다.
본 발명에 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수의 단일결합을 가지며, 직쇄 알킬기, 분지쇄 알킬기, 사이클로알킬(지환족)기, 알킬-치환된 사이클로알킬기, 사이클로알킬-치환된 알킬기를 비롯한 포화 지방족 작용기의 라디칼을 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "할로알킬기" 또는 "할로겐알킬기"는 다른 설명이 없는 한 할로겐으로 치환된 알킬기를 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로알킬기"는 알킬기를 구성하는 탄소원자 중 하나 이상이 헤테로원자로 대체된 것을 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "알켄일기", "알케닐기" 또는 "알킨일기"는 다른 설명이 없는 한 각각 2 내지 60의 탄소수의 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 직쇄형 또는 측쇄형 사슬기를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "시클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알콕실기", "알콕시기", 또는 "알킬옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알킬기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알켄옥실기", "알켄옥시기", "알켄일옥실기", 또는 "알켄일옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알켄일기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴옥실기" 또는 "아릴옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 아릴기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일 고리 또는 다중 고리의 방향족을 의미하며, 이웃한 치환기가 결합 또는 반응에 참여하여 형성된 방향족 고리를 포함한다. 예컨대, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 플루오렌기, 스파이로플루오렌기일 수 있다.
접두사 "아릴" 또는 "아르"는 아릴기로 치환된 라디칼을 의미한다. 예를 들어 아릴알킬기는 아릴기로 치환된 알킬기이며, 아릴알켄일기는 아릴기로 치환된 알켄일기이며, 아릴기로 치환된 라디칼은 본 명세서에서 설명한 탄소수를 가진다.
또한 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕실카르보닐기의 경우 알콕실기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로알킬"은 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 알킬을 의미한다. 본 발명에 사용된 용어 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 아릴기 또는 아릴렌기를 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 이웃한 작용기기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 헤테로지방족 고리 및 헤테로방향족 고리를 포함한다. 이웃한 작용기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타낸다.
또한 "헤테로고리기"는 고리를 형성하는 탄소 대신 SO2를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.
Figure PCTKR2016007400-appb-I000002
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "지방족"은 탄소수 1 내지 60의 지방족 탄화수소를 의미하며, "지방족고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족 탄화수소 고리를 의미한다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화고리를 포함한다.
전술한 헤테로화합물 이외의 그 밖의 다른 헤테로화합물 또는 헤테로라디칼은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "카르보닐"이란 -COR'로 표시되는 것이며, 여기서 R'은 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기, 탄소수 6 내지 30 의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것이다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "에테르"란 -R-O-R'로 표시되는 것이며, 여기서 R 또는 R'은 각각 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것이다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬아민기, C1~C20의 알킬티오펜기, C6~C20의 아릴티오펜기, C2~C20의 알켄일기, C2~C20의 알킨일기, C3~C20의 시클로알킬기, C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C8~C20의 아릴알켄일기, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 및 C2~C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용되는 화학식은 하기 화학식의 지수 정의에 의한 치환기 정의와 동일하게 적용된다.
Figure PCTKR2016007400-appb-I000003
여기서, a가 0의 정수인 경우 치환기 R1은 부존재하며, a가 1의 정수인 경우 하나의 치환기 R1은 벤젠 고리를 형성하는 탄소 중 어느 하나의 탄소에 결합하며, a가 2 또는 3의 정수인 경우 각각 다음과 같이 결합하며 이때 R1은 서로 동일하거나 다를 수 있으며, a가 4 내지 6의 정수인 경우 이와 유사한 방식으로 벤젠 고리의 탄소에 결합하며, 한편 벤젠 고리를 형성하는 탄소에 결합된 수소의 표시는 생략한다.
Figure PCTKR2016007400-appb-I000004
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물 및 이를 포함하는 유기전기소자에 대하여 설명한다.
본 발명의 구체적인 예에 따르면, 하기 화학식(1)로 표시되는 화합물을 제공한다.
<화학식 (1)>
Figure PCTKR2016007400-appb-I000005
{상기 화학식 (1)에서,
1) Ar1, 2는 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되며(여기서 상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 Ra 및 Rb은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택됨), Ar1와 Ar2은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 이웃한 L1과 결합하여 고리를 형성할수 있으며,
2) L1은 하기 화학식 (1-a)로 표시되는 C6~C60의 아릴기이고, 하기 화학식 (1-a)에서 c는 1 내지 10의 정수를 나타내며 아릴기의 1,4 위치에 치환되어 연결되어 있지 않고,
화학식 (1-a)
Figure PCTKR2016007400-appb-I000006
3) m은 0~4의 정수, n은 0~3의 정수이며, R1, 2는서로 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 m, n이 2 이상인 경우 각각 복수로서 서로 동일하거나 상이하며 복수의 R1끼리 혹은 복수의 R2끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
(여기서, 상기 아릴기, 헤테로아릴기, 플루오렌닐기, 아릴렌기, 헤테로고리기, 융합고리기는 각각 중수소; 할로겐; 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; -L'-N(Ra)(Rb); C1~C20의 알킬싸이오기; C1~C20의 알콕실기; C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C6~C20의 아릴기; 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기; 플루오렌일기; C2~C20의 헤테로고리기; C3~C20의 시클로알킬기; C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있으며, 또한 이들 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있으며, 여기서 '고리'란 탄소수 3 내지 60의 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화 고리를 포함한다.)}
본 발명의 또 다른 구체적인 예로는, 상기 화학식 (1)이 하기 화학식 (2) 또는 화학식 (3)으로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 (2) 화학식 (3)
Figure PCTKR2016007400-appb-I000007
(상기 화학식 (2) 또는 (3)에서, R1~2, Ar1 ~2, m, n, L1은 상기 화학식 (1)에서 정의된 바와 같다.)
보다 구체적인 예로 본 발명은 상기 화학식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 화합물에서 L1는 하기 화학식 (A-1) 내지 (A-7)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물을 제공한다.
(A-1) (A-2) (A-3) (A-4) (A-5) (A-6) (A-7)
Figure PCTKR2016007400-appb-I000008
보다 구체적인 본 발명의 예는 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.
Figure PCTKR2016007400-appb-I000009
Figure PCTKR2016007400-appb-I000010
Figure PCTKR2016007400-appb-I000011
Figure PCTKR2016007400-appb-I000012
Figure PCTKR2016007400-appb-I000013
Figure PCTKR2016007400-appb-I000014
Figure PCTKR2016007400-appb-I000015
Figure PCTKR2016007400-appb-I000016
Figure PCTKR2016007400-appb-I000017
Figure PCTKR2016007400-appb-I000018
Figure PCTKR2016007400-appb-I000019
Figure PCTKR2016007400-appb-I000020
Figure PCTKR2016007400-appb-I000021
Figure PCTKR2016007400-appb-I000022
Figure PCTKR2016007400-appb-I000023
Figure PCTKR2016007400-appb-I000024
Figure PCTKR2016007400-appb-I000025
Figure PCTKR2016007400-appb-I000026
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 유기전기소자(100)는 기판(110) 상에 형성된 제 1전극(120), 제 2전극(180) 및 제 1전극(120)과 제 2전극(180) 사이에 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층을 구비한다. 이때, 제 1전극(120)은 애노드(양극)이고, 제 2전극(180)은 캐소드(음극)일 수 있으며, 인버트형의 경우에는 제 1전극이 캐소드이고 제 2전극이 애노드일 수 있다.
유기물층은 제 1전극(120) 상에 순차적으로 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함할 수 있다. 이때, 발광층(150)을 제외한 나머지 층들이 형성되지 않을 수 있다. 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등을 더 포함할 수도 있고, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.
또한, 미도시하였지만 본 발명에 따른 유기전기소자는 제 1전극과 제 2전극중 적어도 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 일면에 형성된 보호층을 더 포함할 수 있다.
한편, 동일한 코어일지라도 어느 위치에 어느 치환기를 결합시키냐에 따라 밴드갭(band gap), 전기적 특성, 계면 특성 등이 달라질 수 있으므로, 코어의 선택 및 이에 결합된 서브(sub)-치환체의 조합도 아주 중요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 level 및 T1 값, 물질의 고유특성(mobility, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층;을 포함하는 유기전기소자에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화학식 (1)에 포함되는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기전기소자에서 상기 제 1전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 또는 상기 제 2전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 중 적어도 하나에 형성되는 광효율개선층을 더 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또한 본 발명에서 상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 및 롤투롤 공정 중 어느 하나에 의해 형성되며, 상기 유기물층은 전자수송재료로 상기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.
또 다른 구체적인 예로서, 본 발명은 상기 유기물층에 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물의 동종 또는 이종의 화합물이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 정공수송층용 조성물을 제공하고, 상기 정공수송층을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 발광보조층 조성물을 제공하고, 상기 발광보조층을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
이에 따라, 본 발명은 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 정공수송층 및 발광보조층을 포함하는 유기전기소자를 제공하며, 또 다른 측면에서 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 정공수송층 또는 발광보조층을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치 ; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치를 제공한다.
또 다른 측면에서 상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치를 본 발명에서 제공한다. 이때, 전자장치는 현재 또는 장래의 유무선 통신단말기일 수 있으며, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기, PDA, 전자사전, PMP, 리모콘, 네비게이션, 게임기, 각종 TV, 각종 컴퓨터 등 모든 전자장치를 포함한다.
이하에서, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 본 발명의 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[합성]
본 발명에 따른 화학식 (1)로 표시되는 화합물(final produc)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1 또는 Sub 2가 Sub3가 반응하여 제조된다.
<반응식 1>
Figure PCTKR2016007400-appb-I000027
Sub 1합성 예시
반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 2> L이 단일결합이 아닐 경우
Figure PCTKR2016007400-appb-I000028
Sub 1(1)합성 예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000029
Sub 1-2-1의 합성
Sub 1-1-1 (44.83g, 140 mmol) 을 DMF 980mL 에 녹인 후에, Bispinacolborate (39.1 g, 154 mmol), PdCl2(dppf) 촉매 (3.43 g, 4.2 mmol), KOAc (41.3 g, 420 mmol)을 순서대로 첨가한 후 24 시간 교반 후에, 얻어진 화합물을 silicagel column 및 재결정을 걸쳐서 분리한 후 보레이트 화합물 Sub 1-2-1을 35.0g (68%)얻었다.
Sub 1(4)의 합성
Sub 1-2-1 (29.4g, 80 mmol), THF 360 mL, 1-bromo-4-iodobenzene (23.8g, 84 mmol), Pd(PPh3)4 (2.8g, 2.4mmol), NaOH (9.6g, 240mmol), 물 180 mL 을 첨가한 후, 교반환류 시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 22.2g (70 %) 얻었다
Sub 1(11)합성 예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000030
Sub 1-2-2의 합성
Sub 1-1-2 (44.83g, 140 mmol) 을 DMF 980mL 에 녹인 후에, 상기Sub 1-2-1과 같은 방법으로 Sub 1-2-2을 20.3g (69%)얻었다.
Sub 1(11)의 합성
Sub 1-2-2 (29.4g, 80 mmol), THF 360 mL, 2-bromo-3'-iodo-1,1'-biphenyl(30.2g, 84 mmol을 상기 Sub 1(1)과 같은 방법으로 생성물을 24.6g (65 %) 얻었다
Sub 1의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2016007400-appb-I000031
Figure PCTKR2016007400-appb-I000032
Figure PCTKR2016007400-appb-I000033
Figure PCTKR2016007400-appb-T000001
Sub 2합성 예시
반응식 1의 Sub 2은 하기 반응식 3의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 3>
Figure PCTKR2016007400-appb-I000034
Sub 2-28의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000035
4-bromo-1,1'-biphenyl (5.6g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, [1,1'-biphenyl]-4-amine (3.4g, 20mmol), Pd2(dba)3 (0.5g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.2g, 2mmol), NaOt-Bu (5.8g, 60mmol), toluene (300 mL)을 각각 첨가한 뒤, 100℃ 에서 24시간 교반환류 시킨다. 반응이 종료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 최종화합물을 6.2g (수율: 80%)을 얻었다.
Sub 2의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2016007400-appb-I000036
Figure PCTKR2016007400-appb-I000037
Figure PCTKR2016007400-appb-I000038
Figure PCTKR2016007400-appb-I000039
Figure PCTKR2016007400-appb-I000040
Figure PCTKR2016007400-appb-I000041
Figure PCTKR2016007400-appb-I000042
Figure PCTKR2016007400-appb-I000043
Figure PCTKR2016007400-appb-I000044
Figure PCTKR2016007400-appb-T000002
Final Products 합성 예시
1-5의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000045
Sub 1(4)(9.5g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 2-65 (6.5g, 20mmol)을 넣고 Pd2(dba)3 (0.5g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.2g, 2mmol), NaOt-Bu (5.8g, 60mmol), toluene (300 mL)을 각각 첨가한 뒤, 100℃ 에서 24시간 교반환류 시킨다. 반응이 종료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 최종화합물을 10.1g (수율: 66%)을 얻었다.
1-6의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000046
Sub 1(4)(9.5g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 2-32를(7.2g, 20mmol)을 넣고 상기 1-5과 동일한 합성법으로 최종화합물을 11.0g (수율: 68%)을 얻었다.
2-1의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000047
Sub 1(18)(9.5g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 2-1을(7.2g, 20mmol)을 넣고 상기 1-4과 동일한 합성법으로 최종화합물을 7.4g (수율: 64%)을 얻었다.
2-16의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000048
Sub 1(19)(15.3g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 2-28(6.5g, 20mmol)을 넣고 상기 1-4과 동일한 합성법으로 최종화합물을 13.9g (수율: 66%)을 얻었다.
2-21의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000049
Sub 1(20) (11.3g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 2-65(6.5g, 20mmol)을 넣고 상기 1-4과 동일한 합성법으로 최종화합물을 11.1g (수율: 65%)을 얻었다.
2-22의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000050
Sub 1(21) (11.3g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 2-32(7.2g, 20mmol)을 넣고 상기 1-4과 동일한 합성법으로 최종화합물을 12.1g (수율: 67%)을 얻었다.
2-33의 합성예시
Figure PCTKR2016007400-appb-I000051
Sub 1(22) (11.3g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 2-1(3.4g, 20mmol)을 넣고 상기 1-4과 동일한 합성법으로 최종화합물을 9.3g (수율: 69%)을 얻었다.
Figure PCTKR2016007400-appb-T000003
유기전기소자의 제조평가
실시 예 1)블루 유기 발광 소자의 제작 및 시험 ( 정공수송층 )
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 우선 홀 주입층으로 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함) 막을 진공 증착하여 60 nm 두께로 형성하였다. 이어서, 이 막 상에 정공수송 화합물로 상기 발명화합물 1-1을 60 nm 두께로 진공 증착하여 홀 수송층을 형성하였다. 정공수송층 위에 발광층 호스트로 9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracene, 도판트로서는 BD-052X(Idemitsukosan) 을 96:4 중량으로 도핑함으로써 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 홀 저지층으로 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로써 유기전계 발광소자를 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 및 비교예 유기전기 발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정결과 500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표는 소자제작 및 평가한 결과를 나타낸다.
비교화합물 A 비교화합물 B
Figure PCTKR2016007400-appb-I000052
Figure PCTKR2016007400-appb-T000004
상기 표 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 정공수송층으로 사용할 경우 구동전압, 효율 및 수명을 현저히 개선시키는 것을 확인 할 수 있었다.
다시 말해, NPB를 정공수송층으로 사용한 비교예 1 보다는 인돌로카바졸이 코어인 비교화합물 2를 정공수송층으로 사용한 비교예가 구동전압, 효율 그리고 수명면에서 향상된 소자 결과를 나타내었고, 인돌로카바졸의 5번 위치로 linear한 치환기가 연결된 비교예 2 보다는 동일 코어지만 5, 6번 위치로 non-linear한 치환기가 연결된 발명화합물을 정공수송층으로 사용한 사용한 실시예 1~96이 구동전압, 효율, 수명면에서 현저히 향상된 결과를 나타내었다.
이는 비교화합물과 동일하게 인돌로카바졸의 5번 위치로 치환되지만 non-linear한 치환기를 가지는 발명화합물 2-1~36은 linear한 치환기를 가진 비교화합물 2 보다 결합각이 작아져 높은 T1 값을 갖게 되고 이로 인해 전자 블로킹 능력이 향상된다고 판단되며, 인돌로카바졸의 6번 위치로 non-linear한 치환기가 연결된 발명화합물 1-1~35은 conjugation length가 5번 위치에 연결될 경우보다 짧아지게 되며, 이로 인해 band gap이 넓어지게 되어 깊은 HOMO 값을 갖게 된다. 따라서 본 발명 화합물을 이용한 소자는 결과적으로 깊은 HOMO 값과 향상된 전자블로킹 능력으로 인해 엑시톤이발광층 내에서 더욱 쉽게 생성되면서 효율과 수명이 향상되고, 구동전압이 낮아지는 것으로 판단된다.
실시 예 2) 레드 유기 발광 소자의 제작 및 시험 ( 발광보조층 )
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO 층(양극) 위에 우선 홀 주입층으로서N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함) 막을 진공증착하여 60 nm 두께로 형성하였다. 이어서, 이 막 상에 정공수송 화합물로서 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 NPD로 약기함)를 60 nm 두께로 진공증착하여 홀 수송층을 형성하였다. 이어서, 발광 보조층 재료로서 상기 발명 화합물(1-1~2-36)를 20nm의 두께로 진공증착하여 발광 보조층을 형성하였다. 발광 보조층을 형성한 후, 발광 보조층 상부에 호스트로서는 CBP를 사용하였으며, 도판트로서는 (piq)2Ir(acac)[bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate] 을 95:5 중량으로 도핑함으로써 상기 발광 보조층 위에 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 홀 저지층으로 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로서 유기전기발광소자를 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 및 비교예 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정결과 2500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표는 소자제작 및 평가한 결과를 나타낸다.
비교예 3)
발광보조층을 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
비교예 4, 5)
발광 보조층으로 비교화합물 (1), (2)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
Figure PCTKR2016007400-appb-T000005
상기 표 5의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 발광 보조층 재료로 사용하여 레드 유기전기발광소자를 제작한 경우 발광 보조층을 사용하지 않거나 비교화합물 1, 비교화합물 2를 사용한 비교예보다 유기전기발광소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 발광 효율과 수명을 현저히 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.
이는 표 4의 결과에서 설명한 것과 같이 본 발명의 화합물이 단독으로 발광보조층으로 사용될 경우 높은 T1 에너지 레벨과 깊은 HOMO 에너지 레벨을 갖게 되는데 이로 인해 정공과 전자가 전하균형 (charge balance)을 이루고 정공 수송층 계면이 아닌 발광층 내부에서 발광이 이루어져 구동전압도 낮추고 효율 및 수명을 극대화 시켜주기 때문인 것으로 판단된다.
상기의 결과를 설명한 바와 같이 결합위치 및 치환기의 종류 (linear or non-linear)에 따라 정공 수송층 뿐만 아니라 발광보조층에서의 소자 성능향상에 주요인자로 작용하여 비슷한 경향성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 예시적으로 설명하였으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식(1)로 표시되는 화합물
    화학식 (1)
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000053
    {상기 화학식 (1)에서,
    1) Ar1 , 2는 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되며(여기서 상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 Ra 및 Rb은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택됨), Ar1와 Ar2은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 이웃한 L1과 결합하여 고리를 형성할수 있으며,
    2) L1은 하기 화학식 (1-a)로 표시되는 C6~C60의 아릴기이고, 하기 화학식 (1-a)에서 c는 1 내지 10의 정수를 나타내며 아릴기의 1,4 위치에 치환되어 연결되어 있지 않고,
    화학식 (1-a)
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000054
    3) m은 0~4의 정수, n은 0~3의 정수이며, R1, 2는서로 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 m, n이 2 이상인 경우 각각 복수로서 서로 동일하거나 상이하며 복수의 R1끼리 혹은 복수의 R2끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
    (여기서, 상기 아릴기, 헤테로아릴기, 플루오렌닐기, 아릴렌기, 헤테로고리기, 융합고리기는 각각 중수소; 할로겐; 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; -L'-N(Ra)(Rb); C1~C20의 알킬싸이오기; C1~C20의 알콕실기; C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C6~C20의 아릴기; 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기; 플루오렌일기; C2~C20의 헤테로고리기; C3~C20의 시클로알킬기; C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있으며, 또한 이들 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있으며, 여기서 '고리'란 탄소수 3 내지 60의 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화 고리를 포함한다.)}
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물이 하기 화학식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물
    화학식 (2) 화학식 (3)
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000055
    (상기 화학식 (2) 또는 (3)에서, R1~2, Ar1 ~2, m, n, L1은 상기 청구항 1의 상기 화학식 (1)에서 정의된 바와 같다.)
  3. 제 2항에 있어서, 상기 L1는 하기 화학식 (A-1) 내지 (A-7)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물.
    (A-1) (A-2) (A-3) (A-4) (A-5) (A-6) (A-7)
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000056
  4. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물이 아래와 같이 표시되는 화합물.
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000057
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000058
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000059
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000060
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000061
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000062
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000063
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000064
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000065
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000066
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000067
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000068
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000069
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000070
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000071
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000072
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000073
    Figure PCTKR2016007400-appb-I000074
  5. 청구항 1에 따른 화합물을 포함하는 유기전기소자의 정공수송층용 또는 발광보조층용 조성물
  6. 제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층;을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
    상기 유기물층은 제 1항에 따르는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 또는 상기 제 2전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 중 적어도 하나에 형성되는 광효율개선층을 더 포함하는 유기전기소자
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 및 롤투롤 공정 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기물층이 정공수송층 또는 발광보조층이거나 상기 유기물층이 정공수송층 및 발광보조층인 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  10. 제 1 항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치
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