WO2017022982A1 - 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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WO2017022982A1
WO2017022982A1 PCT/KR2016/007862 KR2016007862W WO2017022982A1 WO 2017022982 A1 WO2017022982 A1 WO 2017022982A1 KR 2016007862 W KR2016007862 W KR 2016007862W WO 2017022982 A1 WO2017022982 A1 WO 2017022982A1
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compound
ring
organic
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PCT/KR2016/007862
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김원삼
이선희
박정근
정화순
변지훈
박보람
강문성
박정환
김석현
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덕산네오룩스 주식회사
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    • C07D209/80—[b, c]- or [b, d]-condensed
    • C07D209/82—Carbazoles; Hydrogenated carbazoles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07D403/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00
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    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
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    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers

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 organic materials.
  • 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 material layer is often formed of a multi-layered 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.
  • Materials used as the organic material layer in the organic electric device may be classified into light emitting materials and charge transport materials, such as hole injection materials, hole transport materials, electron transport materials, and electron injection materials, depending on their functions.
  • the light emitting material may be classified into a polymer type and a low molecular type according to molecular weight, and may be classified into a fluorescent material derived from a singlet excited state of electrons and a phosphorescent material derived from a triplet excited state of electrons according to a light emitting mechanism. Can be.
  • 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 better natural colors according to light emitting colors.
  • the maximum light emission wavelength is shifted to the long wavelength due to the intermolecular interaction, and the color purity decreases or the efficiency of the device decreases due to the light emission attenuation.
  • the host / dopant system can be used as the light emitting material.
  • the principle is that when a small amount of dopant having a smaller energy band gap than the host forming the light emitting layer is mixed in the light emitting layer, excitons generated in the light emitting layer are transported to the dopant to produce high-efficiency light.
  • the wavelength of the host is shifted to the wavelength of the dopant, light having a desired wavelength can be obtained according to the type of dopant to be used.
  • Efficiency, lifespan, and driving voltage are related to each other, and as the efficiency increases, the driving voltage decreases relatively, and the crystallization of organic materials due to Joule heating generated during driving decreases as the driving voltage decreases.
  • the lifespan tends to increase.
  • simply improving the organic material layer does not maximize the efficiency. This is because a long life and high efficiency can be achieved at the same time when an optimal combination of energy level and T1 value and intrinsic properties (mobility, interfacial properties, etc.) of each organic material layer is achieved. Therefore, there is a need for the development of a light emitting material having high thermal stability and efficiently achieving a charge balance in the light emitting layer.
  • 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, and a light emitting auxiliary layer material, are stable and efficient. Supported by 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 is continuously required, and in particular, the development of the host material of the light emitting layer is urgently required.
  • Patent Document 1 US6596415 B2
  • Patent Document 2 US6465115 B2
  • An object of the present invention is to provide a compound capable of improving high luminous efficiency, low driving voltage, high heat resistance, color purity, and lifetime of an element, an organic electric element using the same, and an electronic device thereof.
  • the present invention provides a compound represented by the following formula.
  • the present invention provides an organic electronic device using the compound represented by the above formula and an electronic device thereof.
  • FIG. 1 is an exemplary view of an organic electroluminescent device according to the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) can be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being “connected”, “coupled” or “connected” to another component, that component may be directly connected to or connected to that other component, but there may be another configuration between each component. It is to be understood that the elements may be “connected”, “coupled” or “connected”. In addition, if a component such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another component, it is not only when the other component is “right on” but also another component in between. It is to be understood that this may also include cases. On the contrary, when a component is said to be “directly above” another part, it should be understood to mean that there is no other part in the middle.
  • 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.
  • alkenyl group or “alkynyl group”, unless stated otherwise, has a double or triple bond of 2 to 60 carbon atoms, and includes a straight or branched chain group, and is not limited thereto. It is not.
  • cycloalkyl refers to alkyl forming a ring having 3 to 60 carbon atoms, without being limited thereto.
  • alkoxy group or "alkyloxy group” means an alkyl group to which an oxygen radical is attached, and unless otherwise specified, has a carbon number of 1 to 60, but is not limited thereto.
  • 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.
  • fluorenyl group or “fluorenylene group” means a monovalent or divalent functional group in which R, R 'and R “are all hydrogen in the following structures, unless otherwise stated, and" Substituted fluorenyl group “or” substituted fluorenylene group “means that at least one of the substituents R, R ', and R" is a substituent other than hydrogen, and R and R' are bonded to each other to form a carbon It includes the case of forming a compound by spying together.
  • aryl group and “arylene group” have a carbon number of 6 to 60 unless otherwise stated, but is not limited thereto.
  • the aryl group or arylene group in the present invention includes monocyclic, ring conjugate, conjugated ring system, spiro compound and the like.
  • heterocyclic group includes not only aromatic rings, such as “heteroaryl groups” or “heteroarylene groups,” but also non-aromatic rings, and unless otherwise specified, each carbon number includes one or more heteroatoms. It means a ring of 2 to 60, but is not limited thereto.
  • heteroatom refers to N, O, S, P or Si unless otherwise indicated, and heterocyclic groups are monocyclic, ring conjugates, conjugated multiple ring systems, spies, including heteroatoms. Means a compound or the like.
  • Heterocyclic groups may also include rings comprising SO 2 in place of the carbon forming the ring.
  • a “heterocyclic group” includes the following compounds.
  • ring includes monocyclic and polycyclic rings, includes hydrocarbon rings as well as heterocycles including at least one heteroatom, and includes aromatic and nonaromatic rings.
  • polycyclic includes ring assemblies, fused multiple ring systems and spiro compounds, such as biphenyl, terphenyl, and the like, including aromatics as well as nonaromatics, hydrocarbons
  • the ring as well includes heterocycles comprising at least one heteroatom.
  • ring assemblies means that two or more ring systems (single or conjugated ring systems) are directly connected to each other through a single bond or a double bond and directly between such rings. It means that the number of linkages is one less than the total number of ring systems in this compound. Ring aggregates may have the same or different ring systems directly connected to each other via a single bond or a double bond.
  • conjugated multiple ring systems refers to fused ring forms that share at least two atoms, including the ring systems of two or more hydrocarbons joined together and at least one heteroatom. And heterocyclic systems having at least one conjugated form. These conjugated several ring systems can be aromatic rings, heteroaromatic rings, aliphatic rings or combinations of these rings.
  • spiro compound has a "spiro union", and a spiro linkage means a linkage formed by two rings sharing one atom only.
  • atoms shared by the two rings are called spiro atoms, and according to the number of spiro atoms in a compound, they are respectively referred to as 'monospyro-', 'diespyro-' and 'trispyro-' It is called a compound.
  • an arylalkoxy group means an alkoxy group substituted with an aryl group
  • an alkoxycarbonyl group means a carbonyl group substituted with an alkoxy group
  • an alkenyl group substituted with an arylcarbonyl group is used herein.
  • the arylcarbonyl group is a carbonyl group substituted with an aryl group.
  • substituted in the term “substituted or unsubstituted” is deuterium, halogen, amino group, nitrile group, nitro group, C1-C20 alkyl group, C1-C20 alkoxy group , C1-C20 alkylamine group, C1-C20 alkylthiophene group, C6-C20 arylthiophene group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C3-C20 cycloalkyl group, C6- C20 aryl group, deuterium substituted C6-C20 aryl group, C8-C20 arylalkenyl group, silane group, boron group, germanium group, and at least one selected from the group consisting of O, N, S, Si and P It means that it is substituted with one or more substituents selected from the group consisting of C2-C20 heterocyclic group containing a
  • the substituent R1 when a is an integer of 0, the substituent R1 is absent, and when a is an integer of 1, one substituent R 1 is bonded to any one of carbons forming the benzene ring, and when a is an integer of 2 or 3, respectively.
  • R 1 may be the same or different from each other, and when a is an integer from 4 to 6, 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 Omit.
  • FIG. 1 is an exemplary view of an organic electric device according to an embodiment of the present invention.
  • the organic electric device 100 includes a first electrode 120, a second electrode 180, a first electrode 110, and a second electrode 180 formed on a substrate 110.
  • 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 least one of these layers may be omitted, or may further include a hole blocking layer, an electron blocking layer, a light emitting auxiliary layer 151, a buffer layer 141, and the like.
  • the electron transport layer 160 may serve as a hole blocking layer. You could do it.
  • the organic electric device according to the present invention may further include a protective layer or a light efficiency improving layer (Capping layer) formed on one surface of the at least one surface of the first electrode and the second electrode opposite to the organic material layer.
  • a protective layer or a light efficiency improving layer Capping layer
  • Compound according to the present invention applied to the organic layer is a hole injection layer 130, a hole transport layer 140, an electron transport layer 160, an electron injection layer 170, a light emitting layer 150, light efficiency improvement layer, light emitting auxiliary layer, etc. It can be used as a material. In one example, the compound of the present invention may be used as the light emitting auxiliary layer 151 and / or the light emitting layer 150 material.
  • the band gap, electrical characteristics, interface characteristics, etc. may vary depending on which substituents are bonded at which positions, so the selection of the cores and the combination of sub substituents bonded thereto are very important. Long life and high efficiency can be achieved at the same time when an optimal combination of energy level and T1 value and intrinsic properties (mobility, interfacial properties, etc.) of each organic material layer is achieved.
  • a light emitting auxiliary layer between the hole transport layer and the light emitting layer, and correspond to each light emitting layer (R, G, B). Therefore, it is necessary to form different emission auxiliary layers.
  • the light emitting auxiliary layer it is very difficult to infer the characteristics of the organic material layer used even if a similar core is used, since the correlation between the hole transport layer and the light emitting layer (host) should be understood.
  • the light emitting layer and / or the light emitting auxiliary layer using the compound according to the formula (1) of the present invention by optimizing the energy level (level) and T1 value, the intrinsic properties (mobility, interfacial properties, etc.) between the organic layer
  • the lifetime and efficiency of the organic electric element can be improved at the same time.
  • the organic electroluminescent device may be manufactured using various deposition methods. It may be manufactured using a deposition method such as PVD or CVD.
  • the anode 120 is formed by depositing a metal or conductive metal oxide or an alloy thereof on a substrate, and the hole injection layer 130 thereon.
  • an organic material layer including a hole transport layer 140, a light emitting layer 150, an electron transport layer 160 and an electron injection layer 170, and then depositing a material that can be used as the cathode 180 thereon have.
  • an auxiliary light emitting layer 151 may be further formed between the hole transport layer 140 and the light emitting layer 150.
  • the organic layer may be formed using a variety of polymer materials, such as a solution process or a solvent process such as a spin coating process, a nozzle printing process, an inkjet printing process, a slot coating process, a dip coating process, a roll-to-roll process, a doctor blading process, It can be produced in fewer layers by a method such as a screen printing process or a thermal transfer method. Since the organic material layer according to the present invention may be formed in various ways, the scope of the present invention is not limited by the forming method.
  • the organic electric element according to the present invention may be a top emission type, a bottom emission type or a double-sided emission type depending on the material used.
  • WOLED White Organic Light Emitting Device
  • Various structures for white organic light emitting devices mainly used as backlight devices have been proposed and patented.
  • a side-by-side method in which R (Red), G (Green), and B (Blue) light emitting parts are mutually planarized, and a stacking method in which R, G, and B light emitting layers are stacked up and down.
  • CCM color conversion material
  • the organic electroluminescent device according to the present invention may be one of an organic electroluminescent device (OLED), an organic solar cell, an organic photoconductor (OPC), an organic transistor (organic TFT), a monochromatic or white illumination device.
  • OLED organic electroluminescent device
  • OPC organic photoconductor
  • organic TFT organic transistor
  • Another embodiment of the present invention may include a display device including the organic electric element of the present invention described above, and an electronic device including a control unit for controlling the display 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.
  • the compound according to one aspect of the present invention is represented by the following formula (1).
  • R 1 , R 2 and R 3 are integers of 0-4, n is an integer of 0-3, at least one of R 1 , R 2 and R 3 is a substituent represented by the following general formula (1-1), R 1 , R 2 or R 3 not substituted with 1-1) and R 4 in formula (1-1) are each independently deuterium; 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 ); (wherein L 'is a single bond;
  • Ar 1 is independently of each other C 6 ⁇ C 60 An 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 );
  • a ring is selected from the group consisting of C 6 ⁇ C 24 aryl group; C 2 ⁇ C 24 heterocyclic group.
  • 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 represented by the formula (1-1) represents a compound selected from any one of the following formulas (4) to (15).
  • X is selected from the group consisting of O, S, and in the formulas (4) to (15) R 4 , o, Ar 1 is as defined in formula (1) same.
  • the present invention provides a compound represented by the following formulas (16) to (25) to present some of the specific compounds in the compound represented by the formula (1).
  • X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are each independently CH or N, and in Formulas (24) and (25), X 1 and X 2 Are each independently O, S, or CR'R ", and R ', R" are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms; C 6 ⁇ C 60 It is selected from the group consisting of aryl groups, may be bonded to each other to form a spiro ring, a is 0 or 1 and not all 0 at the same time, in the above formula (16) to (25) R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , m, n, o, Ar 1 are the same as defined in formula (1). ⁇
  • a specific compound provides a compound in which the compound represented by the formula (1) is represented as follows.
  • the present invention provides a compound for an organic electric device represented by Chemical Formula 1.
  • the present invention provides an organic electric device containing the compound represented by the formula (1).
  • the organic electric element includes a first electrode; Second electrode; And an organic material layer positioned between the first electrode and the second electrode.
  • the organic material layer may include a compound represented by Chemical Formula 1.
  • the method may further include a light efficiency improvement layer formed on at least one side opposite to the organic material layer on one side opposite to the organic material layer or on one side of the second electrode.
  • 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 present invention also provides an organic electric device in which the organic material layer comprises the compound as a phosphorescent host material of the light emitting 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.
  • the compound represented by the formula (1) according to the present invention (final product) is prepared by reacting Sub 1 with Sub 2, as shown in Scheme 1 below.
  • Sub 1 of Scheme 1 may be synthesized by the reaction route of Scheme 2, but is not limited thereto.
  • Sub 1-1 (1) (6.4g, 20mmol) was added to a round bottom flask, Sub 1-2 (1) (5.9g, 20mmol), Pd (PPh 3 ) 4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH ( 2.4 g, 60 mmol), THF (60 mL), water (30 mL). Thereafter, the mixture is heated to reflux at 80 ° C to 90 ° C. When the reaction is complete, distilled water is diluted at room temperature and extracted with methylene chloride and water. The organic layer was dried over MgSO 4 , concentrated, and the resulting compound was purified by silicagel column and recrystallized to give 6.2g of the product. (Yield 76%)
  • Sub 1-1 (1) (6.4g, 20mmol) was added to a round bottom flask, and Sub 1-2 (2) (5.9g, 20mmol) was obtained in the same manner as Sub 1 (1). (Yield 74%)
  • Sub 1-1 (3) (7.9g, 20mmol) was added to a round bottom flask, and Sub 1-2 (2) (5.9g, 20mmol) was obtained in the same manner as Sub 1 (1). (Yield 75%)
  • Sub 2 of Scheme 1 may be synthesized by the reaction route of Scheme 3, but is not limited thereto.
  • Sub 2-1 (1) (6.4g, 20mmol) was added to a round bottom flask, Sub 1-2 (1) (5.9g, 20mmol), Pd (PPh 3 ) 4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH ( 2.4 g, 60 mmol), THF (60 mL), water (30 mL). Thereafter, the mixture is heated to reflux at 80 ° C to 90 ° C. When the reaction is complete, distilled water is diluted at room temperature and extracted with methylene chloride and water. The organic layer was dried over MgSO 4 , concentrated, and the resulting compound was purified by silicagel column and recrystallized to obtain 6.3 g of the product. (Yield 78%)
  • Sub 3 is as follows, but is not limited thereto.
  • Sub 1 (1) (8.1 g, 20 mmol) was dissolved in toluene, then Sub 3-1 (5.8 g, 24 mmol) was added and Pd 2 (dba) 3 (0.5 g, 0.6 mmol), P (t-Bu) 3 (0.2 g, 2 mmol), NaO t -Bu (5.8 g, 60 mmol) and toluene (300 mL) were added, and the mixture was refluxed at 100 ° C. for 24 hours.
  • an organic light emitting device was manufactured according to a conventional method.
  • 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.
  • a light emitting layer having a thickness of 30 nm was deposited on the hole transport layer by doping 3 [tris (2-phenylpyridine) -iridium] at 95: 5 weight.
  • 3 tris (2-phenylpyridine) -iridium
  • BAlq hole blocking layer
  • BAlq 3 Tris (8-quinolinol) aluminum
  • LiF an alkali metal halide
  • Al was deposited to a thickness of 150 nm to prepare an organic EL device by using the Al / LiF as a cathode.
  • 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.
  • the T95 life was measured using a life measurement instrument manufactured by McScience.
  • the following table shows the results of device fabrication and evaluation.
  • the organic electroluminescent device using the organic electroluminescent device material of the present invention as a phosphorescent host can significantly improve efficiency and driving voltage.
  • Comparative Compound B and Comparative Compound C in which carbazole is substituted for indolocarbazole in the core than Comparative Compound A, which is generally used as a host material have lower driving voltage, higher efficiency, and longer lifetime.
  • the compound of the present invention, in which carbazole is substituted in the same core as Comparative Compound B and Comparative Compound C, but certain substituents such as quinazoline, benzoquinazoline, dibenzoquinazoline, benzothienopyrimidine, or benzofuroopyrimidine are substituted in carbazole The results are shown.
  • Comparative compounds B and C in which carbazole is substituted for indolocarbazole have excellent device stability as well as electrons, resulting in better device results than Comparative Compound A.
  • Comparative compounds B and C Inventive compounds substituted with specific substituents such as quinazoline, benzoquinazoline, dibenzoquinazoline, benzothienopyrimidine or benzofuroopyrimidine have higher T1 values than Comparative Compounds B and C, resulting in a lower probability of tiplet-triplet annihilation and higher LUMO values. It can be explained that the energy balance within the lamp is improved to further increase luminous efficiency. In other words, this suggests that even if the same core, the specific substituents are introduced, the chemical properties such as the energy level of the compound is changed, and the device characteristics such as the packing density is changed, so that significantly different device properties may appear.

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Abstract

아래 화학식 (1)로 표시되는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 전자 장치를 제공한다.본 발명은 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있다. 화학식 (1) 화학식 (1-1) (상기 화학식 (1)에서 R1, R2 및 R3 중 반드시 하나 이상은 하기 화학식 (1-1)로 표시되는 치환기이다.)

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 유기물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시켜 주는 현상을 말한다. 유기 발광현상을 이용하는 유기전기소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 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, 발광재료와 전하수송재료, 예컨대 정공주입재료, 정공수송재료, 전자수송재료, 전자주입재료 등으로 분류될 수 있다.
그리고, 상기 발광재료는 분자량에 따라 고분자형과 저분자형으로 분류될 수 있고, 발광 메커니즘에 따라 전자의 일중항 여기상태로부터 유래되는 형광재료와 전자의 삼중항 여기상태로부터 유래되는 인광재료로 분류될 수 있다. 또한, 발광재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광재료로 구분될 수 있다.
한편, 발광재료로서 하나의 물질만 사용하는 경우 분자간 상호작용에 의하여 최대 발광파장이 장파장으로 이동하고 색순도가 떨어지거나 발광 감쇄효과로 소자의 효율이 감소되는 문제가 발생하므로, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광효율을 증가시키기 위하여 발광재료로서 호스트/도판트계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 형성하는 호스트 보다 에너지 대역간극이 작은 도판트를 발광층에 소량 혼합하면, 발광층에서 발생한 엑시톤이 도판트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는것이다. 이때 호스트의 파장이 도판트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도판트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
현재 휴대용 디스플레이시장은 대면적 디스플레이로 그 크기가 증가하고 있는 추세이며, 이로 인해 기존 휴대용 디스플레이에서 요구하던 소비전력 보다 더 큰 소비전력이 요구되고 있다. 따라서, 배터리라는 제한적인 전력 공급원을 가지고 있는 휴대용 디스플레이 입장에서는 소비전력이 매우 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 하는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생하는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 늘어나는 경향을 나타낸다. 하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화 시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성등) 등이 최적의 조합을 이루었을때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다. 따라서 높은 열적 안정성을 가지며 발광층내에서 효율적으로 전하균형(charge balance)을 이룰 수 있는 발광재료의 개발이 필요한 실정이다.
즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히발휘하기 위해서는 소자내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입물질, 정공수송물질, 발광물질, 전자수송물질, 전자주입물질, 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 발광층의 호스트 물질에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
관련 선행문헌은 하기의 문헌들을 예로 들 수 있다.
(특허문헌 1) US6596415 B2
(특허문헌 2) US6465115 B2
본 발명은 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성, 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.
Figure PCTKR2016007862-appb-I000001
다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.
본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성을 달성할 수 있고, 소자의 색순도 및 수명을 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 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
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 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 구성 요소가 다른 구성 요소 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 경우, 이는 다른 구성 요소 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 있는 경우도 포함할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반대로, 어떤 구성 요소가 다른 부분 "바로 위에" 있다고 하는 경우에는 중간에 또 다른 부분이 없는 것을 뜻한다고 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 "알켄일기" 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 "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 "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 "플루오렌일기" 또는 "플루오렌일렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하기 구조에서 R, R' 및 R"이 모두 수소인 1가 또는 2가 작용기를 의미하며, "치환된 플루오렌일기" 또는 "치환된 플루오렌일렌기"는 치환기 R, R', R" 중 적어도 하나가 수소 이외의 치환기인 것을 의미하며, R과 R'이 서로 결합되어 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성한 경우를 포함한다.
Figure PCTKR2016007862-appb-I000002
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 단일고리형, 고리접합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 포함한다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 "헤테로아릴기"또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 고리를 의미하나 여기에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타내며, 헤테로고리기는 헤테로원자를 포함하는 단일고리형, 고리접합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 의미한다.
또한 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 SO2를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.
Figure PCTKR2016007862-appb-I000003
본 발명에서 사용된 용어 "고리"는 단일환 및 다환을 포함하며, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함하고, 방향족 및 비방향족 고리를 포함한다.
본 발명에서 사용된 용어 "다환"은 바이페닐, 터페닐 등과 같은 고리 집합체(ring assemblies), 접합된(fused) 여러 고리계 및 스파이로 화합물을 포함하며, 방향족뿐만 아니라 비방향족도 포함하고, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함한다.
본 발명에서 사용된 용어 "고리 집합체(ring assemblies)"는 둘 또는 그 이상의 고리계(단일고리 또는 접합된 고리계)가 단일결합이나 또는 이중결합을 통해서 서로 직접 연결되어 있고 이와 같은 고리 사이의 직접 연결의 수가 이 화합물에 들어 있는 고리계의 총 수보다 1개가 적은 것을 의미한다. 고리 집합체는 동일 또는 상이한 고리계가 단일결합이나 이중결합을 통해 서로 직접 연결될 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어 "접합된 여러 고리계"는 적어도 두개의 원자를 공유하는 접합된(fused) 고리 형태를 의미하며, 둘 이상의 탄화수소류의 고리계가 접합된 형태 및 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리계가 적어도 하나 접합된 형태 등을 포함한다. 이러한 접합된 여러 고리계는 방향족고리, 헤테로방향족고리, 지방족 고리 또는 이들 고리의 조합일 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어 "스파이로 화합물"은 '스파이로 연결(spiro union)'을 가지며, 스파이로 연결은 2개의 고리가 오로지 1개의 원자를 공유함으로써 이루어지는 연결을 의미한다. 이때, 두 고리에 공유된 원자를 '스파이로 원자'라 하며, 한 화합물에 들어 있는 스파이로 원자의 수에 따라 이들을 각각 '모노스파이로-', '다이스파이로-', '트라이스파이로-' 화합물이라 한다.
또한, 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕시카르보닐기의 경우 알콕시기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.
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 알콕시기, 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 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로 부터 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 PCTKR2016007862-appb-I000004
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 PCTKR2016007862-appb-I000005
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 유기전기소자에 대한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유기전기소자(100)는 기판(110) 상에 형성된 제 1전극(120), 제 2전극(180) 및 제 1전극(110)과 제 2전극(180) 사이에 본 발명에 따른 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, 이들 층 중 적어도 하나가 생략되거나, 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등이 더 포함될 수도 있으며, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.
또한, 미도시하였지만, 본 발명에 따른 유기전기소자는 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 일면에 형성된 보호층 또는 광효율 개선층(Capping layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 유기물층에 적용되는 본 발명에 따른 화합물은 정공주입층(130), 정공수송층(140), 전자수송층(160), 전자주입층(170), 발광층(150), 광효율 개선층, 발광보조층 등의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 일례로, 본 발명의 화합물은 발광보조층(151) 및/또는 발광층(150) 재료로 사용될 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 치환체의 조합이 매우 중요하며, 특히 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 있다.
이미 설명한 것과 같이, 최근 유기 전기 발광소자에 있어 정공수송층에서의 발광 문제를 해결하기 위해서는 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층을 형성하는 것이 바람직하며, 각각의 발광층(R, G, B)에 대응하여 서로 다른 발광 보조층을 형성하는 것이 필요하다. 한편, 발광보조층의 경우 정공수송층 및 발광층(호스트)과의 상호관계를 파악해야 하므로 유사한 코어를 사용하더라도 사용되는 유기물층이 달라지면 그 특징을 유추하기는 매우 어려울 것이다.
따라서, 본 발명의 화학식 1에 따른 화합물을 사용하여 발광층 및/또는 발광보조층을 형성함으로써 각 유기물층간의 에너지 레벨(level) 및 T1 값, 물질의 고유특성(mobility, 계면특성 등) 등을 최적화하여 유기전기소자의 수명 및 효율을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 다양한 증착법(deposition)을 이용하여 제조될 수 있을 것이다. PVD나 CVD 등의 증착 방법을 사용하여 제조될 수 있는데, 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극(120)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극(180)으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 또한, 정공수송층(140)과 발광층(150) 사이에 발광보조층(151)을 추가로 형성할 수 있다.
또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 용액 공정 또는 솔벤트 프로세스(solvent process), 예컨대 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정, 롤투롤 공정, 닥터 블레이딩 공정, 스크린 프린팅 공정, 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기전기소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다. WOLED(White Organic Light Emitting Device)는 고해상도 실현이 용이하고 공정성이 우수한 한편, 기존의 LCD의 칼라필터 기술을 이용하여 제조될 수 있는 이점이 있다. 주로 백라이트 장치로 사용되는 백색 유기발광소자에 대한 다양한 구조들이 제안되고 특허화되고 있다. 대표적으로, R(Red), G(Green), B(Blue) 발광부들을 상호 평면적으로 병렬배치(side-by-side) 방식, R, G, B 발광층이 상하로 적층되는 적층(stacking) 방식이 있고, 청색(B) 유기발광층에 의한 전계발광과 이로부터의 광을 이용하여 무기형광체의 자발광(photo-luminescence)을 이용하는 색변환물질(color conversion material, CCM) 방식 등이 있는데, 본 발명은 이러한 WOLED에도 적용될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상술한 본 발명의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치와, 이 디스플레이장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 포함할 수 있다. 이때, 전자장치는 현재 또는 장래의 유무선 통신단말일 수 있으며, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기, PDA, 전자사전, PMP, 리모콘, 네비게이션, 게임기, 각종 TV, 각 종 컴퓨터 등 모든 전자장치를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 화합물은 하기 화학식(1)로 표시된다.
화학식 (1)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000006
{상기 화학식 (1)에서,
1) m, l는 0~4의 정수, n은 0~3의 정수이며, R1, R2 및 R3 중 반드시 하나 이상은 하기 화학식 (1-1)로 표시되는 치환기이고, 하기 화학식 (1-1)로 치환되지 않은 R1, R2 또는 R3 및 하기 화학식 (1-1)에서 R4는 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, (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 Rb 은 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), 또는 상기 m, n, l가 2 이상인 경우와 하기 화학식 (1-1)에서 o가 2 이상인 경우 각각 복수로서 서로 동일하거나 상이하며 복수의 R1끼리 혹은 복수의 R2끼리 혹은 복수의 R3끼리 혹은 복수의 R4끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
화학식 (1-1)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000007
2) 상기 화학식 (1-1)에서, o는 0~4의 정수이고,
Ar1은 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,
A환은 C6~C24의 아릴기;C2~C24의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택된다.
(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.)}
구체적으로, 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물에서 하기 화학식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 (2) 화학식 (3)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000008
(상기 화학식 (2) 또는 (3)에서, R1, R2, R3, R4, m, n, o, l, Ar1, A환은 상기 화학식 (1)에서 정의된 바와 동일하다.)
보다 더 구체적으로, 상기 화학식 (1-1)로 나타낸 화합물은 하기 화학식 (4) 내지 (15)로 표시되는 것 중 어느 하나로 선택되는 화합물을 나타낸다.
화학식 (4) 화학식 (5) 화학식 (6) 화학식 (7)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000009
화학식 (8) 화학식 (9) 화학식 (10) 화학식 (11)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000010
화학식 (12) 화학식 (13) 화학식 (14) 화학식 (15)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000011
(상기 화학식 (8) 내지 (11)에서, X는 O, S로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 화학식 (4) 내지 (15)에서 R4, o, Ar1은 화학식 (1)에서 정의된 바와 동일하다.)
본 발명은 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물에서 구체적인 화합물을 일부 제시하자면 하기 화학식 (16) 내지 (25)로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 (16) 화학식 (17)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000012
화학식 (18) 화학식 (19)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000013
화학식 (20) 화학식 (21)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000014
화학식 (22) 화학식 (23)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000015
화학식 (24) 화학식 (25)
Figure PCTKR2016007862-appb-I000016
{상기 화학식 (16), 화학식 (17)에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 CH 또는 N이고, 상기 화학식 (24), 화학식 (25)에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR'R"이고, R', R"은 각각 독립적으로 수소, C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 서로 결합하여 스파이로 고리를 형성할 수 있으며, a는 0 또는 1이고 동시에 모두 0인 경우는 없고, 상기 화학식 (16) 내지 (25)에서 R1, R2, R3, R4, m, n, o, Ar1은 화학식 (1)에서 정의된 바와 동일하다.}
또 다른 측면에서 구체적인 화합물을 예로 들자면, 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물이 아래와 같이 표시되는 화합물을 제공한다.
Figure PCTKR2016007862-appb-I000017
Figure PCTKR2016007862-appb-I000018
Figure PCTKR2016007862-appb-I000019
Figure PCTKR2016007862-appb-I000020
Figure PCTKR2016007862-appb-I000021
Figure PCTKR2016007862-appb-I000022
Figure PCTKR2016007862-appb-I000023
Figure PCTKR2016007862-appb-I000024
Figure PCTKR2016007862-appb-I000025
Figure PCTKR2016007862-appb-I000026
Figure PCTKR2016007862-appb-I000027
Figure PCTKR2016007862-appb-I000028
Figure PCTKR2016007862-appb-I000029
Figure PCTKR2016007862-appb-I000030
Figure PCTKR2016007862-appb-I000031
Figure PCTKR2016007862-appb-I000032
다른 실시예로서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 유기전기소자용 화합물을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 유기전기소자를 제공한다.
이때, 유기전기소자는 제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제2전극 사이에 위치하는 유기물층;을 포함할 수 있으며, 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 또한 상기 유기물층과 반대되는 일측 또는 상기 제 2전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 중 적어도 하나에 형성되는 광효율개선층을 더 포함할 수 있다.
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,
본 발명은 또한 상기 유기물층이 발광층의 인광호스트 재료로서 상기 화합물을 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 발명에 따른 화학식으로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[합성]
본 발명에 따른 화학식 (1)로 표시되는 화합물(final product)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1이 Sub 2와 반응하여 제조된다.
<반응식 1>
Figure PCTKR2016007862-appb-I000033
Sub 1 합성 예시
반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 2>
Figure PCTKR2016007862-appb-I000034
Sub 1(1)합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000035
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1(1) (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(1) (5.9g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 6.2g 얻었다. (수율: 76%)
Sub 1(2) 합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000036
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1(1) (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(2) (5.9g, 20mmol)을 상기 Sub 1(1)과 동일한 합성법으로 생성물을 6.0g 얻었다. (수율: 74%)
Sub 1(3) 합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000037
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1(2) (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(3) (5.9g, 20mmol)을 상기 Sub 1(1)과 동일한 합성법으로 생성물을 5.8g 얻었다. (수율: 71%)
Sub 1(4) 합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000038
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1(3) (7.9g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(2) (5.9g, 20mmol)을 상기 Sub 1(1)과 동일한 합성법으로 생성물을 7.2g 얻었다. (수율: 75%)
Sub 2 합성 예시
반응식 1의 Sub 2은 하기 반응식 3의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 3>
Figure PCTKR2016007862-appb-I000039
Sub 2(1) 합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000040
둥근바닥플라스크에 Sub 2-1(1) (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(1) (5.9g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 6.3g 얻었다. (수율: 78%)
Sub 2(2) 합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000041
둥근바닥플라스크에 Sub 2-1(1) (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(2) (5.9g, 20mmol)을 상기 Sub 2(1)과 동일한 합성법으로 생성물을 6.0g 얻었다. (수율: 74%)
Sub 2(3) 합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000042
둥근바닥플라스크에 Sub 2-2(1) (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(2) (5.9g, 20mmol)을 상기 Sub 2(3)과 동일한 합성법으로 생성물을 5.8g 얻었다. (수율: 71%)
Sub 2(4) 합성 예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000043
둥근바닥플라스크에 Sub 2-3(1) (10.0g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2(1) (5.9g, 20mmol)을 상기 Sub 2(1)과 동일한 합성법으로 생성물을 8.6g 얻었다. (수율: 73%)
Sub 3 예시
Sub 3의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2016007862-appb-I000044
Figure PCTKR2016007862-appb-I000045
Figure PCTKR2016007862-appb-I000046
Figure PCTKR2016007862-appb-I000047
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
Sub 3-1 m/z=240.05(C14H9ClN2=240.69) Sub 3-2 m/z=330.06(C20H11ClN2O=330.77)
Sub 3-3 m/z=356.11(C23H17ClN2=356.85) Sub 3-4 m/z=290.06(C15H11ClN2=290.75)
Sub 3-5 m/z=316.08(C20H13ClN2=316.78) Sub 3-6 m/z=241.04(C13H8ClN3=241.68)
Sub 3-7 m/z=245.08(C14H8D5ClN2=245.72) Sub 3-8 m/z=241.04(C13H8ClN3=241.68)
Sub 3-9 m/z=331.05(C19H10ClN3O=331.8 Sub 3-10 m/z=357.10(C22H16ClN3=357.84)
Sub 3-11 m/z=296.02(C16H9ClN2S=296.77) Sub 3-12 m/z=372.05(C22H13ClN2S =372.87)
Sub 3-13 m/z=372.05(C22H13ClN2S =372.9) Sub 3-14 m/z=346.03(C20H11ClN2S =346.83)
Sub 3-15 m/z=346.03(C20H11ClN2S =346.8) Sub 3-16 m/z=280.04(C16H9ClN2O =280.71)
Sub 3-17 m/z=290.06(C18H11ClN2=290.75) Sub 3-18 m/z=366.09(C24H15ClN2 =366.84)
Sub 3-19 m/z=416.11(C28H17ClN2=416.90) Sub 3-20 m/z=390.09(C26H15ClN2=390.86)
Final Products 합성 예시
1-1의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000048
Sub 1(1)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-1(5.8g, 24mmol)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 8.5g (수율: 70%) 얻었다.
1-13의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000049
Sub 1(15)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-21(7.0g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물 8.1g (수율: 61%)을 얻었다.
1-19의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000050
Sub 1(1)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-22 (8.3g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물을 9.7g (수율: 68%) 얻었다.
1-31의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000051
Sub 1(6)(9.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-4 (7.0g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물을 9.2g (수율: 65%) 얻었다.
2-2의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000052
Sub 1(1)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-23 (7.0g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물을 9.1g (수율: 69%) 얻었다.
2-9의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000053
Sub 2(1)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-17 (7.0g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물 9.0g (수율: 68%)을 얻었다.
2-19의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000054
Sub 2(1)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-22 (8.3g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물을 9.7g (수율: 67%) 얻었다.
2-23의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000055
Sub 2(2)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-24 (12.3g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물을 10.4g (수율: 59%) 얻었다.
2-27의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000056
Sub 2(1)(8.1g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-25 (7.6g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물을 8.7g (수율: 63%) 얻었다.
2-32의 합성예시
Figure PCTKR2016007862-appb-I000057
Sub 2(5)(12.8g, 20mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 3-5 (7.6g, 24mmol)을 넣고 상기 1-1의 합성법과 동일하게 최종화합물을 11.4g (수율: 62%) 얻었다.
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
1-1 m/z=610.22(C44H26N4=610.70) 1-2 m/z=660.23(C48H28N4=660.76)
1-3 m/z=660.23(C48H28N4=660.76) 1-4 m/z=686.25(C50H30N4=686.80)
1-5 m/z=611.21(C43H25N5=611.69) 1-6 m/z=716.20(C50H28N4S=716.85)
1-7 m/z=775.27(C56H33N5=775.27) 1-8 m/z=710.25(C52H30N4=7140.82)
1-9 m/z=660.23(C48H28N4=660.76) 1-10 m/z=710.25(C52H30N4=710.82)
1-11 m/z=710.25(C52H30N4=710.82) 1-12 m/z=736.26(C54H32N4=736.86)
1-13 m/z=662.22(C46H26N6=662.74) 1-14 m/z=750.24(C54H30N4O=750.84)
1-15 m/z=875.30(C64H37N5=876.01) 1-16 m/z=810.28(C60H34N4=810.94)
1-17 m/z=666.19(C46H26N4S=666.79) 1-18 m/z=716.20(C50H28N4S=716.85)
1-19 m/z=716.20(C50H28N4S=716.85) 1-20 m/z=726.24(C52H30N4O=726.82)
1-21 m/z=651.21(C45H25N2O=651.71) 1-22 m/z=756.20(C52H28N4OS=756.87)
1-23 m/z=881.26(C62H35N5S=882.04) 1-24 m/z=800.26(C58H32N4O=800.90)
1-25 m/z=611.21(C43H25N5=611.69) 1-26 m/z=661.23(C47H27N5=661.75)
1-27 m/z=687.24(C49H29N5=687.79) 1-28 m/z=767.21(C53H29N5S=767.90)
1-29 m/z=686.25(C50H30N4=686.80) 1-30 m/z=736.26(C54H32N4=736.86)
1-31 m/z=710.25(C52H30N4=710.82) 1-32 m/z=918.28(C66H38N4S=919.10)
2-1 m/z=610.22(C44H26N4=610.70) 2-2 m/z=660.23(C48H28N4=660.76)
2-3 m/z=660.23(C48H28N4=660.76) 2-4 m/z=686.25(C50H30N4=686.80)
2-5 m/z=611.21(C43H25N5=611.69) 2-6 m/z=716.20(C50H28N4S=716.85)
2-7 m/z=775.27(C56H33N5=775.27) 2-8 m/z=710.25(C52H30N4=7140.82)
2-9 m/z=660.23(C48H28N4=660.76) 2-10 m/z=710.25(C52H30N4=710.82)
2-11 m/z=710.25(C52H30N4=710.82) 2-12 m/z=736.26(C54H32N4=736.86)
2-13 m/z=662.22(C46H26N6=662.74) 2-14 m/z=750.24(C54H30N4O=750.84)
2-15 m/z=875.30(C64H37N5=876.01) 2-16 m/z=810.28(C60H34N4=810.94)
2-17 m/z=666.19(C46H26N4S=666.79) 2-18 m/z=716.20(C50H28N4S=716.85)
2-19 m/z=716.20(C50H28N4S=716.85) 2-20 m/z=726.24(C52H30N4O=726.82)
2-21 m/z=651.21(C45H25N2O=651.71) 2-22 m/z=756.20(C52H28N4OS=756.87)
2-23 m/z=881.26(C62H35N5S=882.04) 2-24 m/z=800.26(C58H32N4O=800.90)
2-25 m/z=611.21(C43H25N5=611.69) 2-26 m/z=661.23(C47H27N5=661.75)
2-27 m/z=687.24(C49H29N5=687.79) 2-28 m/z=767.21(C53H29N5S=767.90)
2-29 m/z=686.25(C50H30N4=686.80) 2-30 m/z=736.26(C54H32N4=736.86)
2-31 m/z=710.25(C52H30N4=710.82) 2-32 m/z=918.28(C66H38N4S=919.10)
유기전기소자의 제조평가
실시 예 1)그린 유기 발광 소자의 제작 및 시험 (인광호스트)
합성을 통해 얻은 화합물을 발광층의 호스트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전계발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 우선 정공 주입층으로서 N1-(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)을 60 nm 두께로 진공 증착 하여 정공수송층을 형성하였다. 정공 수송층 상부에 호스트로서는 상기 발명 화합물 또는 비교화합물 A [CBP(4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl)] 또는 비교화합물 B 또는 비교화합물 C를 사용하였으며, 도판트로서는Ir(ppy)3 [tris(2-phenylpyridine)-iridium] 을 95:5 중량으로 도핑함으로써 상기 정공 수송층 위에 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 정공 저지층으로 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자주입층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 이 Al/LiF를 음극으로 사용함으로써 유기 전계 발광소자를 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 및 비교예 유기전기 발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정결과 5000cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표는 소자제작 및 평가한 결과를 나타낸다.
비교화합물 A 비교화합물 B 비교화합물 C
Figure PCTKR2016007862-appb-I000058
화합물 Voltage Current Density Brightness(cd/m2) Efficiency LifetimeT(95) CIE(x, y)
비교예(1) 화합물 (A) 5.9 21.7 5000.0 23.0 56.1 (0.31, 0.60)
비교예(2) 화합물 (B) 5.2 14.0 5000.0 35.8 93.7 (0.31, 0.61)
비교예(3) 화합물 (C) 5.3 15.2 5000.0 33.0 95.5 (0.31, 0.60)
실시예(1) 화합물(1-1) 4.8 12.2 5000.0 41.0 112.9 (0.30, 0.60)
실시예(2) 화합물(1-2) 4.8 12.3 5000.0 40.8 119.2 (0.31, 0.61)
실시예(3) 화합물(1-3) 4.9 12.1 5000.0 41.2 111.9 (0.31, 0.60)
실시예(4) 화합물(1-4) 4.9 12.0 5000.0 41.6 119.3 (0.33, 0.61)
실시예(5) 화합물(1-5) 4.9 12.1 5000.0 41.3 113.2 (0.32, 0.61)
실시예(6) 화합물(1-6) 5.0 12.1 5000.0 41.3 113.1 (0.33, 0.60)
실시예(7) 화합물(1-7) 4.9 12.0 5000.0 41.6 117.7 (0.32, 0.61)
실시예(8) 화합물(1-8) 4.9 12.4 5000.0 40.5 112.6 (0.31, 0.60)
실시예(9) 화합물(1-9) 4.8 12.2 5000.0 41.0 112.8 (0.31, 0.61)
실시예(10) 화합물(1-10) 5.0 12.2 5000.0 41.0 113.2 (0.31, 0.60)
실시예(11) 화합물(1-11) 4.8 12.0 5000.0 41.5 112.7 (0.33, 0.61)
실시예(12) 화합물(1-12) 4.9 12.2 5000.0 41.0 116.0 (0.30, 0.60)
실시예(13) 화합물(1-13) 5.0 12.3 5000.0 40.8 118.7 (0.31, 0.61)
실시예(14) 화합물(1-14) 4.8 11.9 5000.0 41.9 117.6 (0.31, 0.60)
실시예(15) 화합물(1-15) 4.8 11.9 5000.0 41.9 113.0 (0.33, 0.61)
실시예(16) 화합물(1-16) 4.9 12.0 5000.0 41.5 113.4 (0.32, 0.61)
실시예(17) 화합물(1-17) 4.9 12.3 5000.0 40.8 114.0 (0.33, 0.60)
실시예(18) 화합물(1-18) 4.8 12.4 5000.0 40.3 117.6 (0.32, 0.61)
실시예(19) 화합물(1-19) 4.9 12.3 5000.0 40.7 117.4 (0.31, 0.60)
실시예(20) 화합물(1-20) 5.0 12.1 5000.0 41.3 114.1 (0.31, 0.61)
실시예(21) 화합물(1-21) 4.8 12.2 5000.0 40.9 114.0 (0.31, 0.60)
실시예(22) 화합물(1-22) 4.9 12.0 5000.0 41.6 114.4 (0.33, 0.61)
실시예(23) 화합물(1-23) 4.9 12.4 5000.0 40.2 118.1 (0.30, 0.60)
실시예(24) 화합물(1-24) 4.9 12.5 5000.0 40.0 117.3 (0.31, 0.61)
실시예(25) 화합물(1-25) 4.8 12.1 5000.0 41.2 111.4 (0.31, 0.60)
실시예(26) 화합물(1-26) 4.8 12.2 5000.0 41.1 118.5 (0.33, 0.61)
실시예(27) 화합물(1-27) 4.9 12.3 5000.0 40.7 113.3 (0.32, 0.61)
실시예(28) 화합물(1-28) 4.9 12.3 5000.0 40.5 120.0 (0.33, 0.60)
실시예(29) 화합물(1-29) 5.0 12.4 5000.0 40.4 117.6 (0.30, 0.60)
실시예(30) 화합물(1-30) 4.9 12.4 5000.0 40.4 113.5 (0.31, 0.61)
실시예(31) 화합물(1-31) 4.9 12.2 5000.0 40.8 118.5 (0.31, 0.60)
실시예(32) 화합물(1-32) 4.9 12.2 5000.0 41.0 113.3 (0.33, 0.61)
실시예(33) 화합물(2-1) 4.7 11.4 5000.0 44.0 118.9 (0.31, 0.61)
실시예(34) 화합물(2-2) 4.7 11.4 5000.0 43.8 116.1 (0.31, 0.60)
실시예(35) 화합물(2-3) 4.6 11.6 5000.0 43.2 117.1 (0.33, 0.61)
실시예(36) 화합물(2-4) 4.9 11.6 5000.0 43.2 110.0 (0.32, 0.61)
실시예(37) 화합물(2-5) 4.7 11.4 5000.0 43.9 114.7 (0.33, 0.60)
실시예(38) 화합물(2-6) 4.9 11.2 5000.0 44.5 115.9 (0.32, 0.61)
실시예(39) 화합물(2-7) 4.8 11.3 5000.0 44.2 113.1 (0.31, 0.60)
실시예(40) 화합물(2-8) 4.7 11.5 5000.0 43.5 120.0 (0.31, 0.61)
실시예(41) 화합물(2-9) 4.9 11.1 5000.0 45.0 118.3 (0.31, 0.60)
실시예(42) 화합물(2-10) 4.7 11.2 5000.0 44.6 119.3 (0.33, 0.61)
실시예(43) 화합물(2-11) 4.7 11.1 5000.0 45.0 115.9 (0.30, 0.60)
실시예(44) 화합물(2-12) 4.6 11.6 5000.0 43.2 119.3 (0.31, 0.61)
실시예(45) 화합물(2-13) 4.7 11.6 5000.0 43.3 113.2 (0.31, 0.60)
실시예(46) 화합물(2-14) 4.8 11.4 5000.0 44.0 117.3 (0.33, 0.61)
실시예(47) 화합물(2-15) 4.7 11.5 5000.0 43.6 113.2 (0.32, 0.61)
실시예(48) 화합물(2-16) 4.8 11.5 5000.0 43.3 113.6 (0.33, 0.60)
실시예(49) 화합물(2-17) 4.9 11.1 5000.0 44.9 113.1 (0.32, 0.61)
실시예(50) 화합물(2-18) 4.6 11.1 5000.0 44.8 119.3 (0.31, 0.60)
실시예(51) 화합물(2-19) 4.7 11.6 5000.0 43.2 114.8 (0.31, 0.61)
실시예(52) 화합물(2-20) 4.8 11.5 5000.0 43.4 112.6 (0.31, 0.60)
실시예(53) 화합물(2-21) 4.6 11.2 5000.0 44.7 110.2 (0.33, 0.61)
실시예(54) 화합물(2-22) 4.7 11.3 5000.0 44.3 116.9 (0.30, 0.60)
실시예(55) 화합물(2-23) 4.9 11.3 5000.0 44.2 111.8 (0.31, 0.61)
실시예(56) 화합물(2-24) 4.9 11.2 5000.0 44.6 118.3 (0.31, 0.60)
실시예(57) 화합물(2-25) 4.8 11.3 5000.0 44.4 115.2 (0.33, 0.61)
실시예(58) 화합물(2-26) 4.6 11.5 5000.0 43.6 117.6 (0.32, 0.61)
실시예(59) 화합물(2-27) 4.9 11.2 5000.0 44.8 113.9 (0.33, 0.60)
실시예(60) 화합물(2-28) 4.7 11.3 5000.0 44.1 114.0 (0.32, 0.61)
실시예(61) 화합물(2-29) 4.6 11.1 5000.0 44.9 110.6 (0.31, 0.60)
실시예(62) 화합물(2-30) 4.9 11.3 5000.0 44.1 118.1 (0.33, 0.61)
실시예(63) 화합물(2-31) 4.6 11.2 5000.0 44.7 115.1 (0.30, 0.60)
실시예(64) 화합물(2-32) 4.9 11.4 5000.0 43.9 110.9 (0.31, 0.61)
상기 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기 발광소자용 재료를 인광호스트로 사용한 유기전기 발광소자는 효율과 구동전압을 현저히 개선시킬 수 있다.
다시 말해, 일반적으로 호스트물질로 사용되는 CBP인 비교화합물 A보다 코어가 인돌로카바졸에 카바졸이 치환되어 있는 비교화합물 B, 비교화합물 C가 보다 낮은 구동전압과 높은 효율 및 높은 수명을 나타내었고, 비교화합물 B, 비교화합물 C와 동일한 코어에 카바졸이 치환되어 있지만 quinazoline, benzoquinazoline, dibenzoquinazoline, benzothienopyrimidine 또는 benzofuroopyrimidine과 같은 특정 치환기가 카바졸에 치환되어 있는 본 발명 화합물이 비교 화합물들과 비교해 가장 우수한 소자 결과를 나타내었다.
이는 인돌로카바졸에 카바졸이 치환되어 있는 비교화합물 B와 C는 electron 뿐만 아니라 hole에 대한 안정성도 우수한 특징이 있기 때문에 비교화합물 A보다 우수한 소자 결과가 나왔다고 추측할 수 있으며, 비교화합물 B, C와 동일하지만 quinazoline, benzoquinazoline, dibenzoquinazoline, benzothienopyrimidine 또는 benzofuroopyrimidine과 같은 특정 치환기가 치환된 발명 화합물은 비교화합물 B, C보다 높은 T1값을 가지게 되어 tiplet-triplet annihilation의 확률이 낮아지고, 높은 LUMO값으로 인해 발광층 내의 energy balance가 향상되어 발광효율을 더 증대시켰다고 설명할 수 있다. 즉, 다시 말해 이는 동일한 코어일지라도 특정 치환기가 도입됨에 따라 화합물의 energy level과 같은 화학적 특성이 달라지고, packing density와 같은 소자적 특성이 달라져 현저히 다른 소자 특성이 나타날 수 있음을 시사하고 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 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 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물
    화학식 (1)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000059
    {상기 화학식 (1)에서,
    1) m, l는 0~4의 정수, n은 0~3의 정수이며, R1, R2 및 R3 중 반드시 하나 이상은 하기 화학식 (1-1)로 표시되는 치환기이고, 하기 화학식 (1-1)로 치환되지 않은 R1, R2 또는 R3 및 하기 화학식 (1-1)에서 R4는 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, (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 Rb 은 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), 또는 상기 m, n, l가 2 이상인 경우와 하기 화학식 (1-1)에서 o가 2 이상인 경우 각각 복수로서 서로 동일하거나 상이하며 복수의 R1끼리 혹은 복수의 R2끼리 혹은 복수의 R3끼리 혹은 복수의 R4끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    화학식 (1-1)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000060
    2) 상기 화학식 (1-1)에서, o는 0~4의 정수이고,
    Ar1은 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,
    A환은 C6~C24의 아릴기;C2~C24의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택된다.
    (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 PCTKR2016007862-appb-I000061
    (상기 화학식 (2) 또는 (3)에서, R1, R2, R3, R4, m, n, o, l, Ar1, A환은 청구항 1에서 정의된 바와 동일하다.)
  3. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 (1-1)로 나타낸 화합물이 하기 화학식 (4) 내지 (15)로 표시되는 것 중 어느 하나로 선택된 것을 특징으로 하는 화합물
    화학식 (4) 화학식 (5) 화학식 (6) 화학식 (7)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000062
    화학식 (8) 화학식 (9) 화학식 (10) 화학식 (11)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000063
    화학식 (12) 화학식 (13) 화학식 (14) 화학식 (15)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000064
    (상기 화학식 (8) 내지 (11)에서, X는 O, S로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 화학식 (4) 내지 (15)에서 R4, o, Ar1은 청구항 1에서 정의된 바와 동일하다.)
  4. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물이 하기 화학식 (16) 내지 (25)로 표시되는 것 중 어느 하나로 표시되는 화합물
    화학식 (16) 화학식 (17)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000065
    화학식 (18) 화학식 (19)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000066
    화학식 (20) 화학식 (21)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000067
    화학식 (22) 화학식 (23)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000068
    화학식 (24) 화학식 (25)
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000069
    {상기 화학식 (16), 화학식 (17)에서, X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 CH 또는 N이고,
    상기 화학식 (24), 화학식 (25)에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR'R"이고,
    R' 및 R"은 각각 독립적으로 수소, C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되며, 서로 결합하여 스파이로 고리를 형성할 수 있으며,
    a는 0 또는 1이고 동시에 모두 0인 경우는 없고,
    상기 화학식 (16) 내지 (25)에서 R1, R2, R3, R4, m, n, o, Ar1은 청구항 1에서 정의된 바와 동일하다.}
  5. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물이 아래와 같이 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물.
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000070
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000071
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000072
    Figure PCTKR2016007862-appb-I000073
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    Figure PCTKR2016007862-appb-I000085
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 화합물을 포함하는 유기전기소자
  7. 제 6항에 있어서,
    제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하며 상기 화합물이 함유된 유기물층;을 포함하며,
    상기 화합물은 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  8. 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
  9. 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
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층인 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  11. 제 6 항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치
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