WO2020009492A9 - 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

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Definitions

  • the present specification relates to a polycyclic compound and an organic light emitting device including the same.
  • an organic light-emitting device is a light-emitting device using an organic semiconductor material, and requires an exchange of holes and/or electrons between an electrode and an organic semiconductor material.
  • the organic light emitting device can be divided into two types as follows according to the operating principle. First, excitons are formed in the organic material layer by photons introduced into the device from an external light source, and the excitons are separated into electrons and holes, and these electrons and holes are transferred to different electrodes, and used as a current source (voltage source). It is a type of light emitting device.
  • the second is a light emitting device in which holes and/or electrons are injected into an organic semiconductor material layer that forms an interface with the electrode by applying voltage or current to two or more electrodes, and operates by the injected electrons and holes.
  • the organic light emission phenomenon refers to a phenomenon in which electrical energy is converted into light energy using an organic material.
  • An organic light emitting device using the organic light emitting phenomenon has a structure including an anode, a cathode, and an organic material layer therebetween.
  • the organic material layer is often made of a multi-layered structure composed of different materials in order to increase the efficiency and stability of the organic light emitting device.For example, it may be formed of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and the like.
  • organic light-emitting device when a voltage is applied between the two electrodes, holes are injected from the anode and electrons from the cathode are injected into the organic material layer, and excitons are formed when the injected holes and electrons meet. It glows when it falls back to the ground.
  • organic light emitting devices are known to have characteristics such as self-luminescence, high brightness, high efficiency, low driving voltage, wide viewing angle, and high contrast.
  • Materials used as the organic material layer in the organic light-emitting device can 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, according to their functions.
  • the light-emitting material includes blue, green, and red light-emitting materials and yellow and orange light-emitting materials necessary to realize better natural colors according to the light-emitting color.
  • a host/dopant system may be used as a light emitting material.
  • the principle is that when a small amount of a dopant having an energy band gap smaller than that of a host that mainly constitutes the light emitting layer is mixed with the light emitting layer, excitons generated from the host are transported as a dopant to emit light with high efficiency. At this time, since the wavelength of the host moves to the wavelength of the dopant, light having a desired wavelength can be obtained according to the type of dopant used.
  • materials that form the organic material layer in the device such as hole injection materials, hole transport materials, light-emitting materials, electron transport materials, electron injection materials, etc., are supported by stable and efficient materials. The development of new materials continues to be required.
  • An exemplary embodiment of the present specification is to provide a compound represented by the following formula (1).
  • At least two of X1 to X3 are N, and the rest are CR,
  • R is hydrogen; heavy hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
  • Ar1 and Ar2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
  • Y is O; Or S,
  • L is a direct bond; Or a substituted or unsubstituted arylene group,
  • a 1 or 2
  • L in parentheses is the same as or different from each other.
  • the first electrode A second electrode provided to face the first electrode; And one or more organic material layers provided between the first electrode and the second electrode, wherein at least one of the organic material layers includes the compound.
  • the compound described herein can be used as a material for an organic material layer of an organic light emitting device.
  • the compound according to at least one exemplary embodiment may improve lifespan characteristics or in an organic light-emitting device.
  • the compounds described herein can be used as materials such as a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer.
  • FIG. 1 shows an example of an organic light-emitting device comprising a substrate 1, an anode 2, a light-emitting layer 3, and a cathode 4.
  • FIG. 2 shows an example of an organic light-emitting device composed of a substrate 1, an anode 2, a hole injection layer 5, a hole transport layer 6, a light-emitting layer 7, an electron transport layer 8, and a cathode 4 I did it.
  • the present specification provides a compound represented by Chemical Formula 1.
  • the compound represented by Formula 1 is used in the organic material layer of the organic light emitting device, the efficiency of the organic light emitting device is always maintained.
  • substituted means that the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the compound is replaced with another substituent, and the position to be substituted is not limited as long as the position at which the hydrogen atom is substituted, that is, the position where the substituent can be substituted, and when two or more are substituted , Two or more substituents may be the same or different from each other.
  • substituted or unsubstituted refers to deuterium; Halogen group; Cyano group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; And a substituted or unsubstituted heterocyclic group, substituted with one or two or more substituents selected from the group consisting of, or two or more of the substituents exemplified above are substituted with a connected substituent, or no substituent.
  • a substituent to which two or more substituents are connected may be a biphenyl group. That is, the biphenyl group may be an aryl group, or may be interpreted as a substituent to which two phenyl groups are connected.
  • examples of the halogen group include fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), or iodine (I).
  • the alkyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 60. According to an exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 30 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 10 carbon atoms.
  • alkyl group examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-oxy And the like, but are not limited to these.
  • the cycloalkyl group is not particularly limited, but is preferably 3 to 60 carbon atoms, and according to an exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 30 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the number of carbon atoms of the cycloalkyl group is 3 to 20. According to another exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 6 carbon atoms. Specifically, there are a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, and the like, but are not limited thereto.
  • examples of the arylamine group include a substituted or unsubstituted monoarylamine group, a substituted or unsubstituted diarylamine group, or a substituted or unsubstituted triarylamine group.
  • the aryl group in the arylamine group may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group.
  • the arylamine group including two or more aryl groups may include a monocyclic aryl group, a polycyclic aryl group, or a monocyclic aryl group and a polycyclic aryl group at the same time.
  • arylamine group examples include phenylamine group, naphthylamine group, biphenylamine group, anthracenylamine group, 3-methyl-phenylamine group, 4-methyl-naphthylamine group, 2-methyl-biphenylamine Group, 9-methyl-anthracenylamine group, diphenyl amine group, phenyl naphthyl amine group, biphenyl phenyl amine group, and the like, but are not limited thereto.
  • the aryl group is not particularly limited, but is preferably 6 to 60 carbon atoms, and may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group. According to an exemplary embodiment, the aryl group has 6 to 30 carbon atoms. According to an exemplary embodiment, the aryl group has 6 to 20 carbon atoms.
  • the aryl group may be a phenyl group, a biphenyl group, or a terphenyl group, but the monocyclic aryl group is not limited thereto.
  • the polycyclic aryl group may be a naphthyl group, an anthracenyl group, a phenanthrenyl group, a pyrenyl group, a perylenyl group, a triphenyl group, a chrysenyl group, a fluorenyl group, etc.
  • the fluorenyl group may be substituted, and two substituents may be bonded to each other to form a spiro structure.
  • Spirofluorenyl groups such as, (9,9-dimethylfluorenyl group), and It may be a substituted fluorenyl group such as (9,9-diphenylfluorenyl group). However, it is not limited thereto.
  • the heterocyclic group is a cyclic group including at least one of N, O, P, S, Si, and Se as a hetero atom, and the number of carbons is not particularly limited, but is preferably 2 to 60 carbon atoms. According to an exemplary embodiment, the number of carbon atoms of the heterocyclic group is 2 to 30.
  • heterocyclic groups include pyridyl group, pyrrole group, pyrimidyl group, pyridazinyl group, furanyl group, thiophenyl group, imidazole group, pyrazole group, dibenzofuranyl group, dibenzothiophenyl group, etc. It is not limited to
  • heterocyclic group may be applied except that the heteroaryl group is aromatic.
  • adjacent The group may refer to a substituent substituted on an atom directly connected to the atom where the corresponding substituent is substituted, a substituent positioned three-dimensionally closest to the corresponding substituent, or another substituent substituted on an atom where the corresponding substituent is substituted.
  • two substituents substituted at an ortho position in a benzene ring and two substituents substituted at the same carbon in an aliphatic ring may be interpreted as "adjacent" to each other.
  • ring in a substituted or unsubstituted ring formed by bonding of adjacent groups to each other, "ring" is a hydrocarbon ring; Or it means a heterocycle.
  • the hydrocarbon ring may be an aromatic, aliphatic, or condensed ring of aromatic and aliphatic, and may be selected from examples of the cycloalkyl group or the aryl group, except for the non-monovalent one.
  • the heterocycle is an atom other than carbon and contains one or more heteroatoms, and specifically, the heteroatoms include one or more atoms selected from the group consisting of N, O, P, S, Si and Se can do.
  • the heterocycle may be monocyclic or polycyclic, and may be an aromatic, aliphatic, or condensed ring of aromatic and aliphatic, and the aromatic heterocycle may be selected from examples of the heteroaryl group except that it is not monovalent.
  • At least two of X1 to X3 are N, and the rest are CR.
  • X1 and X3 are N.
  • X1 and X2 are N.
  • X2 and X3 are N.
  • X1 to X3 are N.
  • R is hydrogen; heavy hydrogen; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • R is hydrogen; heavy hydrogen; A substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group; A substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group.
  • R is hydrogen; Or deuterium.
  • Ar1 and Ar2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
  • Ar1 and Ar2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 60 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted C2 to C60 heterocyclic group.
  • Ar1 and Ar2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group.
  • Ar1 and Ar2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 15 carbon atoms; Or a substituted or unsubstituted C 2 to C 15 heterocyclic group.
  • Chemical Formula 1 may be represented by Chemical Formula 2 below.
  • R1 and R2 are each independently hydrogen; heavy hydrogen; A substituted or unsubstituted phenyl group; Or a substituted or unsubstituted naphthyl group, or combine with an adjacent group to form a substituted or unsubstituted ring,
  • r1 and r2 are each independently an integer of 1 to 5,
  • R1 and R2 are each independently hydrogen; heavy hydrogen; Phenyl group; Or a naphthyl group.
  • R1 and R2 are each independently hydrogen; Or a phenyl group.
  • adjacent R1s combine with each other to form a substituted or unsubstituted ring.
  • adjacent R1 is bonded to each other to form a substituted or unsubstituted hydrocarbon ring; Or to form a substituted or unsubstituted heterocycle.
  • adjacent R1 is bonded to each other to form a substituted or unsubstituted benzene; Substituted or unsubstituted naphthalene; Substituted or unsubstituted indene; Substituted or unsubstituted dihydroindene; Substituted or unsubstituted dihydrophenanthrene; Substituted or unsubstituted benzofuran; Or a substituted or unsubstituted benzothiophene.
  • Ar1 and Ar2 are each independently a substituted or unsubstituted phenyl group; A substituted or unsubstituted biphenyl group; A substituted or unsubstituted terphenyl group; A substituted or unsubstituted naphthyl group; A substituted or unsubstituted anthracenyl group; A substituted or unsubstituted phenanthrenyl group; A substituted or unsubstituted pyrenyl group; A substituted or unsubstituted perylenyl group; A substituted or unsubstituted triphenyl group; A substituted or unsubstituted chrysenyl group; A substituted or unsubstituted fluorenyl group; A substituted or unsubstituted dibenzothiophene group; Or a substituted or unsubstituted dibenzofuran group.
  • Ar1 and Ar2 are the same as each other.
  • Ar1 and Ar2 are different from each other.
  • L is a direct bond; Or a substituted or unsubstituted C 6 to C 30 arylene group.
  • L is a direct bond; Or a substituted or unsubstituted C 6 to C 15 arylene group.
  • L is a direct bond; A substituted or unsubstituted phenylene group; A substituted or unsubstituted biphenylene group; A substituted or unsubstituted naphthalene group; A substituted or unsubstituted anthracenylene group; A substituted or unsubstituted divalent phenanthrene group; A substituted or unsubstituted divalent triphenylene group; Or a substituted or unsubstituted divalent fluorene group.
  • L is a direct bond; A substituted or unsubstituted phenylene group; A substituted or unsubstituted biphenylene group; Or a substituted or unsubstituted naphthalene group.
  • a is 1 or 2.
  • a is 1.
  • a is 2.
  • Y is O; Or S.
  • Y is O.
  • Y is S.
  • Formula 1 is represented by any one of the following structures.
  • the compound of Formula 1 may be prepared by a method described below.
  • the conjugation length and energy band gap of a compound are closely related. Specifically, the longer the conjugation length of the compound, the smaller the energy band gap.
  • compounds having various energy band gaps can be synthesized by introducing various substituents into the core structure as described above.
  • the HOMO and LUMO energy levels of the compound can be adjusted by introducing various substituents to the core structure of the above structure.
  • a compound having the inherent characteristics of the introduced substituent can be synthesized.
  • a substituent mainly used for the hole injection layer material, the hole transport material, the light emitting layer material and the electron transport layer material used in the manufacture of the organic light emitting device into the core structure, it is possible to synthesize a material that satisfies the conditions required by each organic material layer. I can.
  • the organic light emitting device includes a first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And one or more organic material layers provided between the first electrode and the second electrode, wherein at least one of the organic material layers includes the compound of Formula 1.
  • the organic light-emitting device of the present invention may be manufactured by a conventional method and material of an organic light-emitting device, except that one or more organic material layers are formed by using the above-described compound.
  • the compound may be formed as an organic material layer by a solution coating method as well as a vacuum deposition method when manufacturing an organic light emitting device.
  • the solution coating method refers to spin coating, dip coating, inkjet printing, screen printing, spray method, roll coating, and the like, but is not limited thereto.
  • the organic material layer of the organic light emitting device of the present invention may have a single-layer structure, but may have a multilayer structure in which two or more organic material layers are stacked.
  • the organic light-emitting device of the present invention may have a structure including a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and the like as an organic material layer.
  • the structure of the organic light emitting device is not limited thereto and may include a smaller number of organic material layers.
  • the organic material layer may include an electron transport layer or an electron injection layer, and the electron transport layer or the electron injection layer may include a compound represented by Formula 1 above.
  • the organic material layer includes an emission layer, and the emission layer includes a compound represented by Formula 1 above.
  • the organic material layer may include an emission layer
  • the emission layer may include the compound represented by Formula 1 as a host of the emission layer.
  • the organic material layer including the compound represented by Formula 1 includes the compound represented by Formula 1 as a host, further includes a fluorescent host or a phosphorescent host, and other organic compounds, metals, or metals The compound may be included as a dopant.
  • the organic material layer including the compound represented by Formula 1 includes the compound represented by Formula 1 as a host, further includes a fluorescent host or a phosphorescent host, and used with an iridium-based (Ir) dopant.
  • I can.
  • the first electrode is an anode
  • the second electrode is a cathode
  • the first electrode is a cathode
  • the second electrode is an anode
  • the organic light-emitting device may have, for example, a stacked structure as described below, but is not limited thereto.
  • the structure of the organic light-emitting device of the present invention may have a structure as shown in FIGS. 1 and 2, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 illustrates a structure of an organic light-emitting device in which an anode 2, an emission layer 3, and a cathode 4 are sequentially stacked on a substrate 1.
  • the compound may be included in the light emitting layer 3.
  • FIG. 2 shows an organic light emitting diode in which an anode 2, a hole injection layer 5, a hole transport layer 6, a light emitting layer 7, an electron transport layer 8, and a cathode 4 are sequentially stacked on a substrate 1.
  • the structure is illustrated. In such a structure, the compound may be included in the light emitting layer 7 or the electron transport layer 8.
  • the organic light-emitting device uses a PVD (physical vapor deposition) method such as sputtering or e-beam evaporation, and uses a metal or conductive metal oxide or alloy thereof on a substrate. It can be prepared by depositing an anode to form an anode, forming an organic material layer including a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, a light emitting layer, and an electron transport layer thereon, and then depositing a material that can be used as a cathode thereon.
  • an organic light-emitting device may be manufactured by sequentially depositing a cathode material, an organic material layer, and an anode material on a substrate.
  • the organic material layer may have a multilayer structure including a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, an emission layer, and an electron transport layer, but is not limited thereto and may have a single layer structure.
  • the organic material layer is made of a variety of polymer materials, and is used in a smaller number of solvent processes, such as spin coating, dip coating, doctor blading, screen printing, inkjet printing, or thermal transfer. It can be made in layers.
  • the cathode material a material having a large work function is preferable so that holes can be smoothly injected into the organic material layer.
  • the cathode material that can be used in the present invention include metals such as vanadium, chromium, copper, zinc, and gold, or alloys thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO); ZnO: Al or SnO 2: a combination of a metal and an oxide such as Sb; Poly(3-methylthiophene), poly[3,4-(ethylene-1,2-dioxy)thiophene] (PEDOT), conductive polymers such as polypyrrole and polyaniline, and the like, but are not limited thereto.
  • the cathode material is a material having a small work function to facilitate electron injection into the organic material layer.
  • the negative electrode material include metals such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin, and lead, or alloys thereof; There are multilayered materials such as LiF/Al or LiO 2 /Al, but are not limited thereto.
  • the hole injection material is a material capable of well injecting holes from the anode at a low voltage, and it is preferable that the HOMO (highest occupied molecular orbital) of the hole injection material is between the work function of the anode material and the HOMO of the surrounding organic material layer.
  • hole injection materials include metal porphyrine, oligothiophene, arylamine-based organic substances, hexanitrile hexaazatriphenylene-based organic substances, quinacridone-based organic substances, and perylene-based organic substances.
  • the hole transport material is a material capable of transporting holes from an anode or a hole injection layer and transferring them to the emission layer, and a material having high mobility for holes is suitable.
  • Specific examples include an arylamine-based organic material, a conductive polymer, and a block copolymer including a conjugated portion and a non-conjugated portion, but are not limited thereto.
  • An electron blocking layer may be provided between the hole transport layer and the light emitting layer.
  • the electron blocking layer the above-described compound or a material known in the art may be used.
  • the emission layer may emit red, green, or blue light, and may be made of a phosphorescent material or a fluorescent material.
  • the light-emitting material is a material capable of emitting light in a visible light region by transporting and bonding holes and electrons from the hole transport layer and the electron transport layer, respectively, and a material having good quantum efficiency for fluorescence or phosphorescence is preferable.
  • Specific examples include 8-hydroxy-quinoline aluminum complex (Alq 3 ); Carbazole-based compounds; Dimerized styryl compounds; BAlq; 10-hydroxybenzo quinoline-metal compound; Benzoxazole, benzthiazole, and benzimidazole-based compounds; Poly(p-phenylenevinylene) (PPV)-based polymer; Spiro compounds; Polyfluorene; Rubrene and the like, but are not limited thereto.
  • Alq 3 8-hydroxy-quinoline aluminum complex
  • Carbazole-based compounds Dimerized styryl compounds
  • BAlq 10-hydroxybenzo quinoline-metal compound
  • Benzoxazole, benzthiazole, and benzimidazole-based compounds include Poly(p-phenylenevinylene) (PPV)-based polymer; Spiro compounds; Polyfluorene; Rubrene and the like, but are not limited thereto.
  • PSV Poly(p-phenylenevinylene)
  • Examples of the host material for the light emitting layer include condensed aromatic ring derivatives or heterocyclic compounds.
  • condensed aromatic ring derivatives include anthracene derivatives, pyrene derivatives, naphthalene derivatives, pentacene derivatives, phenanthrene compounds, and fluoranthene compounds
  • heterocycle-containing compounds include carbazole derivatives, dibenzofuran derivatives, ladder type Furan compounds, pyrimidine derivatives and the like, but are not limited thereto.
  • the iridium-based complex used as the dopant of the light emitting layer is as follows, but is not limited thereto.
  • the electron transport material a material capable of receiving electrons well from the cathode and transferring them to the light emitting layer, and a material having high mobility for electrons is suitable.
  • Specific examples include Al complex of 8-hydroxyquinoline; Complexes containing Alq 3 ; Organic radical compounds; Hydroxyflavone-metal complexes and the like, but are not limited thereto.
  • the hole blocking layer is a layer that prevents holes from reaching the cathode, and may be generally formed under the same conditions as the hole injection layer. Specifically, there are oxadiazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, BCP, aluminum complexes, etc., but are not limited thereto.
  • the organic light emitting device may be a top emission type, a bottom emission type, or a double-sided emission type depending on the material used.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 in the present specification may have a core structure as shown in the following scheme. Substituents may be bonded by methods known in the art, and the type, position, and number of substituents may be changed according to techniques known in the art.
  • the solid was dissolved in 700 mL of chloroform, washed twice with water, and the organic layer was separated, anhydrous magnesium sulfate was added thereto, stirred, filtered, and the filtrate was distilled under reduced pressure.
  • the concentrated compound was purified through recrystallization using chloroform and ethyl acetate to prepare a pale green solid compound 1 (7.4 g, 21%).
  • the solid was dissolved in 700 mL of chloroform, washed twice with water, and the organic layer was separated, anhydrous magnesium sulfate was added thereto, stirred, filtered, and the filtrate was distilled under reduced pressure.
  • the concentrated compound was purified through recrystallization using chloroform and ethyl acetate to prepare a pale green solid compound 4 (8.9 g, 22%).
  • the solid was dissolved in 700 mL of chloroform, washed twice with water, and the organic layer was separated, anhydrous magnesium sulfate was added thereto, stirred, filtered, and the filtrate was distilled under reduced pressure.
  • the concentrated compound was purified through recrystallization using chloroform and ethyl acetate to prepare a pale green solid compound 8 (20.2 g, 50%).
  • the solid was dissolved in 700 mL of chloroform, washed twice with water, and the organic layer was separated, anhydrous magnesium sulfate was added thereto, stirred, filtered, and the filtrate was distilled under reduced pressure.
  • the concentrated compound was purified through recrystallization using chloroform and ethyl acetate to prepare a pale green solid compound 9 (14.9 g, 37%).
  • the solid was dissolved in 800 mL of chloroform, washed twice with water, and the organic layer was separated, anhydrous magnesium sulfate was added thereto, stirred, filtered, and the filtrate was distilled under reduced pressure.
  • the concentrated compound was purified through recrystallization using chloroform and ethyl acetate to prepare a pale green solid compound 10 (18.3 g, 44%).
  • a glass substrate coated with a thin film of ITO (indium tin oxide) to a thickness of 1,300 ⁇ was placed in distilled water dissolved in a detergent and washed with ultrasonic waves.
  • ITO indium tin oxide
  • a product made by Fischer Co. was used as a detergent
  • distilled water secondarily filtered with a filter made by Millipore Co. was used as distilled water.
  • ultrasonic cleaning was performed with a solvent of isopropyl alcohol, acetone, and methanol, dried, and then transported to a plasma cleaner.
  • the substrate was transported to a vacuum evaporator.
  • the following HI-1 compound was thermally vacuum deposited to a thickness of 50 ⁇ to form a hole injection layer.
  • the following HT-1 compound was thermally vacuum deposited on the hole injection layer to a thickness of 250 ⁇ to form a hole transport layer, and the following HT-2 compound was vacuum deposited on the HT-1 evaporated film to a thickness of 50 ⁇ to form an electron blocking layer.
  • a light emitting layer on the HT-2 deposited film a light emitting layer having a thickness of 400 ⁇ was formed by co-depositing Compound 1 prepared in Preparation Example 1, the following YGH-1 compound, and a phosphorescent dopant YGD-1 at a weight ratio of 44:44:12.
  • the following ET-1 compound was vacuum-deposited to a thickness of 250 ⁇ to form an electron transport layer, and the following ET-2 compound and Li were vacuum deposited on the electron transport layer at a weight ratio of 98:2 to form an electron injection layer having a thickness of 100 ⁇ . Formed.
  • a cathode was formed by depositing aluminum to a thickness of 1000 ⁇ on the electron injection layer.
  • the deposition rate of the organic material was maintained at 0.4 ⁇ 0.7 ⁇ /sec
  • the deposition rate of aluminum was maintained at 2 ⁇ /sec
  • the vacuum degree during deposition was 5 ⁇ 10 -8.
  • ⁇ 1 ⁇ 10 -7 torr was maintained.
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1, except that the compound shown in Table 1 below was used instead of Compound 1 of Synthesis Example 1 in Experimental Example 1.
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1, except that the compound shown in Table 1 below was used instead of Compound 1 of Synthesis Example 1 in Experimental Example 1.
  • the compounds of CE1 to CE3 in Table 1 are as follows.
  • LT 95 refers to a time when the initial luminance becomes 95%.

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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자
본 발명은 2018년 07월 05일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2018-0078358의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 명세서에서, 유기 발광 소자란 유기 반도체 물질을 이용한 발광 소자로서, 전극과 유기 반도체 물질 사이에서의 정공 및/또는 전자의 교류를 필요로 한다. 유기 발광 소자는 동작 원리에 따라 하기와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 엑시톤(exiton)이 형성되고, 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되고, 이 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 발광 소자이다. 둘째는 2개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 전극과 계면을 이루는 유기 반도체 물질층에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 작동하는 형태의 발광 소자이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이러한 유기 발광 소자는 자발광, 고휘도, 고효율, 낮은 구동 전압, 넓은 시야각, 높은 콘트라스트 등의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
유기 발광 소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하 수송 재료, 예컨대 정공 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료, 전자 주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료가 있다.
또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 재료로서 호스트/도펀트 계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 주로 구성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작고 발광 효율이 우수한 도펀트를 발광층에 소량 혼합하면, 호스트에서 발생한 엑시톤이 도펀트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이 때 호스트의 파장이 도펀트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도펀트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
전술한 유기 발광 소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 발광 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되므로 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
본 명세서에는 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자가 기재된다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 화합물을 제공하고자 한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019008191-appb-I000001
상기 화학식 1에 있어서,
X1 내지 X3 중 적어도 두 개는 N이며, 나머지는 CR이며,
R은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
Y는 O; 또는 S이고,
L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
a는 1 또는 2이고,
a가 2인 경우, 괄호내 L은 서로 같거나 상이하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에 기재된 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자에서 또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 명세서에 기재된 화합물은 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등의 재료로 사용될 수 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8) 및 음극(4)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
<부호의 설명>
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 발광층
8: 전자수송층
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 발광 소자의 유기물층에 사용하는 경우, 유기 발광 소자의 효율이 항상된다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환" 이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 도 있다.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 2 이상의 아릴기를 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴아민기의 구체적인 예로는 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 3-메틸-페닐아민기, 4-메틸-나프틸아민기, 2-메틸-비페닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 바이페닐 페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 트리페닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure PCTKR2019008191-appb-I000002
,
Figure PCTKR2019008191-appb-I000003
등의 스피로플루오레닐기,
Figure PCTKR2019008191-appb-I000004
(9,9-디메틸플루오레닐기), 및
Figure PCTKR2019008191-appb-I000005
(9,9-디페닐플루오레닐기) 등의 치환된 플루오레닐기가 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, P, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로고리기의 탄소수는 2 내지 30이다. 헤테로 고리기의 예로는 예로는 피리딜기, 피롤기, 피리미딜기, 피리다지닐기, 퓨라닐기, 티오페닐기, 이미다졸기, 피라졸기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 방향족인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오쏘(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한"기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 인접한 기가 서로 결합하여 형성되는 치환 또는 비치환된 고리에서, "고리"는 탄화수소고리; 또는 헤테로고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 방향족 탄화수소고리는 1가인 것을 제외하고는 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 N, O, P, S, Si 및 Se 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 상기 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 방향족 헤테로고리는 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, X1 내지 X3 중 적어도 두 개는 N이며, 나머지는 CR이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, X1 및 X3은 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, X1 및 X2는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, X2 및 X3은 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, X1 내지 X3은 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R은 수소; 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 15의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2019008191-appb-I000006
상기 화학식 2에서, X1 내지 X3, L, a 및 Y는 화학식 1의 정의와 같고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고,
r1 및 r2는 각각 독립적으로, 1 내지 5의 정수이고,
r1 및 r2가 각각 2이상인 경우, 괄호 내 구조는 서로 동일하거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 페닐기; 또는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소; 또는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 인접한 R1은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 인접한 R1은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 인접한 R1은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠; 치환 또는 비치환된 나프탈렌; 치환 또는 비치환된 인덴(indene); 치환 또는 비치환된 디히드로인덴(dihydroindene); 치환 또는 비치환된 디히드로페난트렌(dihydrophenanthrene); 치환 또는 비치환된 벤조퓨란; 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜을 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 안트라세닐기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 파이레닐기; 치환 또는 비치환된 페릴레닐기; 치환 또는 비치환된 트리페닐기; 치환 또는 비치환된 크라이세닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 15의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기; 치환 또는 비치환된 나프탈렌기; 치환 또는 비치환된 안트라세닐렌기; 치환 또는 비치환된 2가의 페난트렌기; 치환 또는 비치환된 2가의 트리페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 플루오렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 나프탈렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, a는 1 또는 2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, a는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, a는 2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Y는 O; 또는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Y는 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Y는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 구조들 중 어느 하나로 표시된다.
Figure PCTKR2019008191-appb-I000007
Figure PCTKR2019008191-appb-I000008
Figure PCTKR2019008191-appb-I000009
Figure PCTKR2019008191-appb-I000010
Figure PCTKR2019008191-appb-I000011
Figure PCTKR2019008191-appb-I000012
Figure PCTKR2019008191-appb-I000013
Figure PCTKR2019008191-appb-I000014
Figure PCTKR2019008191-appb-I000015
Figure PCTKR2019008191-appb-I000016
Figure PCTKR2019008191-appb-I000017
Figure PCTKR2019008191-appb-I000018
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1의 화합물은 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
화합물의 컨쥬게이션 길이와 에너지 밴드갭은 밀접한 관계가 있다. 구체적으로, 화합물의 컨쥬게이션 길이가 길수록 에너지 밴드갭이 작아진다.
본 발명에서는 상기와 같이 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위도 조절할 수 있다.
또한, 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 도입된 치환기의 고유 특성을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 예컨대, 유기 발광 소자 제조시 사용되는 정공 주입층 물질, 정공 수송용 물질, 발광층 물질 및 전자 수송층 물질에 주로 사용되는 치환기를 상기 코어 구조에 도입함으로써 각 유기물층에서 요구하는 조건들을 충족시키는 물질을 합성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기 발광 소자는 전술한 화합물을 이용하여 한 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공 주입층, 정공 수송층, 전자저지층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함할 수 있고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시 상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시 상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로서 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하고, 형광 호스트 또는 인광 호스트를 더 포함하며, 다른 유기화합물, 금속 또는 금속화합물을 도펀트로 포함할 수 있다.
또 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하고, 형광 호스트 또는 인광 호스트를 더 포함하며, 이리듐계(Ir) 도펀트와 함께 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이다.
상기 유기 발광 소자는 예컨대 하기와 같은 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
(1) 양극/정공수송층/발광층/음극
(2) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/음극
(3) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/음극
(4) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(5) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(6) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(7) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(8) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(9) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층 /음극
(10) 양극/ 정공수송층/전자저지층/발광층/전자수송층/음극
(11) 양극/ 정공수송층/전자저지층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(12) 양극/정공주입층/정공수송층/전자저지층/발광층/전자수송층/음극
(13) 양극/정공주입층/정공수송층/전자저지층/발광층/전자수송층/전자주입 층/음극
(14) 양극/정공수송층/발광층/정공저지층/전자수송층/음극
(15) 양극/정공수송층/발광층/ 정공저지층/전자수송층/전자주입층/음극
(16) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공저지층/전자수송층/음극
(17) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공저지층/전자수송층/전자주입 층/음극
(18) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자 주입 및 수송을 동시에 하는 층/음극
본 발명의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(1) 위에 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공 주입층(5), 정공 수송층(6), 발광층(7), 전자 수송층(8) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(7) 또는 전자 수송층(8)에 포함될 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 스퍼터링(sputtering)이나 전자빔 증발(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자저지층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다.
상기 유기물층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자저지층, 발광층 및 전자 수송층 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 단층 구조일 수 있다. 또한, 상기 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입 물질로는 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입 받을 수 있는 물질로서, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrine), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone) 계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
정공수송층과 발광층 사이에 전자저지층이 구비될 수 있다. 상기 전자저지층은 전술한 화합물 또는 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.
상기 발광층은 적색, 녹색 또는 청색을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌; 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
발광층의 호스트 재료로는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광층의 도펀트로 사용되는 이리듐계 착물은 하기와 같으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure PCTKR2019008191-appb-I000019
Figure PCTKR2019008191-appb-I000020
상기 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식과 같이 코어구조가 제조될 수 있다. 치환기는 당 기술분야에 알려져 있는 방법에 의하여 결합될 수 있으며, 치환기의 종류, 위치 및 개수는 당 기술분야에 알려져 있는 기술에 따라 변경될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
[제조예]
[제조예 1] 중간체 1 내지 5의 제조
1) 중간체 1(sub 1)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000021
질소 분위기에서 (9H-카바졸-1-일)보로닉산 ((9H-carbazol-1-yl)boronic acid) (50.0 g, 236.9mmol)와 2-클로로벤조[d]티아졸 (2-chlorobenzo[d]thiazole) (40.0 g, 236.9 mmol)를 테트라하이드로퓨란 500 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 포타슘카보네이트(98.2 g, 710.6 mmol)를 물 200 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 테트라키스트리페닐-포스피노팔라듐(8.2 g, 3 mol%)을 투입하였다. 12시간 동안 반응 후 상온으로 온도를 낮추고 유기층과 물층을 분리한 후 유기층을 감압 증류하였다. 증류물을 클로로포름과 물로 추출한 후 유기층을 황산마그네슘을 이용해 건조하였다. 이후 유기층을 건조한 후 에탄올 재결정을 통해 sub 1(45.5 g, 64%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 301
2) 중간체 2(sub 2)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000022
질소 분위기에서 (9H-카바졸-2-일)보로닉산 ((9H-carbazol-2-yl)boronic acid) (50.0 g, 236.9mmol)와 2-클로로벤조[d]티아졸 (2-chlorobenzo[d]thiazole) (40.0 g, 236.9 mmol)를 테트라하이드로퓨란 500 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 포타슘카보네이트(98.2 g, 710.6 mmol)를 물 200 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 테트라키스트리페닐-포스피노팔라듐(8.2 g, 3 mol%)을 투입하였다. 12시간 동안 반응 후 상온으로 온도를 낮추고 유기층과 물층을 분리한 후 유기층을 감압 증류하였다. 증류물을 클로로포름과 물로 추출한 후 유기층을 황산마그네슘을 이용해 건조하였다. 이후 유기층을 건조한 후 에탄올 재결정을 통해 sub 2(51.2 g, 72%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 301
3) 중간체 3(sub 3)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000023
질소 분위기에서 (9H- 카바졸-3-일)보로닉산 ((9H-carbazol-3-yl)boronic acid) (50.0 g, 236.9mmol)와 2-클로로벤조[d]티아졸 (2-chlorobenzo[d]thiazole) (40.0 g, 236.9 mmol)를 테트라하이드로퓨란 500 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 포타슘카보네이트(98.2 g, 710.6 mmol)를 물 200 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 테트라키스트리페닐-포스피노팔라듐(8.2 g, 3 mol%)을 투입하였다. 12시간 동안 반응 후 상온으로 온도를 낮추고 유기층과 물층을 분리한 후 유기층을 감압 증류하였다. 증류물을 클로로포름과 물로 추출한 후 유기층을 황산마그네슘을 이용해 건조하였다. 이후 유기층을 건조한 후 에탄올 재결정을 통해 sub 3(40.5 g, 57%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 301
4) 중간체 4(sub 4)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000024
질소 분위기에서 (9H- 카바졸-4-일)보로닉산 ((9H-carbazol-4-yl)boronic acid) (50.0 g, 236.9mmol)와 2-클로로벤조[d]티아졸 (2-chlorobenzo[d]thiazole) (40.0 g, 236.9 mmol)를 테트라하이드로퓨란 500 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 포타슘카보네이트(98.2 g, 710.6 mmol)를 물 200 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 테트라키스트리페닐-포스피노팔라듐(8.2 g, 3 mol%)을 투입하였다. 12시간 동안 반응 후 상온으로 온도를 낮추고 유기층과 물층을 분리한 후 유기층을 감압 증류하였다. 증류물을 클로로포름과 물로 추출한 후 유기층을 황산마그네슘을 이용해 건조하였다. 이후 유기층을 건조한 후 에탄올 재결정을 통해 sub 4(44.8 g, 63%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 301
5) 중간체 5(sub 5)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000025
질소 분위기에서 (9H- 카바졸-2-일)보로닉산 ((9H-carbazol-2-yl)boronic acid) (50.0 g, 236.9mmol)와 2-클로로벤조[d]옥사졸 (2-chlorobenzo[d]oxazole) (36.2 g, 236.9 mmol)를 테트라하이드로퓨란 500 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 포타슘카보네이트(98.2 g, 710.6 mmol)를 물 200 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 테트라키스트리페닐-포스피노팔라듐(8.2 g, 3 mol%)을 투입하였다. 12시간 동안 반응 후 상온으로 온도를 낮추고 유기층과 물층을 분리한 후 유기층을 감압 증류하였다. 증류물을 클로로포름과 물로 추출한 후 유기층을 황산마그네슘을 이용해 건조하였다. 이후 유기층을 건조한 후 에탄올 재결정을 통해 sub 5(31.6 g, 47%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 285
[제조예 2] 화합물 1 내지 13의 제조
1) 화합물 1(compound 1)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000026
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine)(17.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 1 (7.4 g, 21%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 532
2) 화합물 2(compound 2)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000027
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(4-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 2 (31.2 g, 77%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 608
3) 화합물 3(compound 3)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000028
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(3-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 3 (19.8 g, 49%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 608
4) 화합물 4(compound 4)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000029
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(2-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-(2-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 4 (8.9 g, 22%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 608
5) 화합물 5(compound 5)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000030
화합물 sub 1(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(3-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 5 (17.8 g, 44%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 608
6) 화합물 6(compound 6)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000031
화합물 sub 3(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(3-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 6 (21.4 g, 53%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 608
7) 화합물 7(compound 7)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000032
화합물 sub 4(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(3-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 7 (24.3 g, 60%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 608
8) 화합물 8(compound 8)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000033
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 4-(3-브로모페닐)-2,6-디페닐피리미딘 (4-(3-bromophenyl)-2,6-diphenylpyrimidine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 8 (20.2 g, 50%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 607
9) 화합물 9(compound 9)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000034
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(3-브로모페닐)-4,6-디페닐피리미딘 (2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenylpyrimidine) (25.8 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 9 (14.9 g, 37%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 607
10) 화합물 10(compound 10)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000035
화합물 sub 5(20.0 g, 70.4 mmol)과 2-(3-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (27.2g, 70.4 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (19.5g, 140.8 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.1g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 800mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 10 (18.3 g, 44%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 592
11) 화합물 11(compound 11)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000036
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-([1,1'-비페닐]-4-일)-4-(4-브로모페닐)-6-페닐-1,3,5-트리아진 (2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-(4-bromophenyl)-6-phenyl-1,3,5-triazine)(30.9 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 11 (27.8 g, 61%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 684
12) 화합물 12(compound 12)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000037
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-([1,1'-비페닐]-3-일)-4-(4-브로모페닐)-6-페닐-1,3,5-트리아진 (2-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-4-(4-bromophenyl)-6-phenyl-1,3,5-triazine) (30.9 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 12 (26.4 g, 68%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 684
13) 화합물 13(compound 13)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000038
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(4-브로모페닐)-4-(디벤조[b,d]퓨란-4-일)-6-페닐-1,3,5-트리아진 (2-(4-bromophenyl)-4-(dibenzo[b,d]furan-4-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine) (30.9 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 13 (28.8g, 62%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 698
14) 화합물 14(compound 14)의 제조
Figure PCTKR2019008191-appb-I000039
화합물 sub 2(20.0 g, 66.7 mmol)과 2-(4-브로모페닐)-4-(디벤조[b,d]티오펜-4-일)-6-페닐-1,3,5-트리아진 (2-(4-bromophenyl)-4-(dibenzo[b,d]thiophen-4-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine) (30.9 g, 66.7 mmol)을 자일렌 200mL에 투입하여 녹이고, 나트륨 터셔리-부톡사이드 (18.4g, 133.3 mmol)를 첨가하여 가온한다. 비스(트리 터셔리-부틸포스핀)팔라듐(1.0g, 3mol%)을 투입하여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응이 완결되면 상온으로 온도를 낮춘 후 생성된 고체를 여과하였다. 고체를 클로로포름 700mL에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에틸아세테이트를 이용하여 재결정을 통해 정제하여 옅은 녹색의 고체 화합물 14 (15.2g, 32%)을 제조하였다.
MS: [M+H]+ = 714
[실험예]
<실험예 1>
ITO(indium tin oxide)가 1,300Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 HI-1 화합물을 50Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 위에 하기 HT-1 화합물을 250Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공수송층을 형성하고, HT-1 증착막 위에 하기 HT-2 화합물을 50Å 두께로 진공 증착하여 전자저지층을 형성하였다. 상기 HT-2 증착막 위에 발광층으로서 앞서 제조예 1에서 제조한 화합물 1, 하기 YGH-1 화합물, 및 인광도펀트 YGD-1을 44:44:12의 중량비로 공증착하여 400Å 두께의 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 위에 하기 ET-1 화합물을 250Å의 두께로 진공 증착하여 전자수송층을 형성하고, 상기 전자수송층 위에 하기 ET-2 화합물 및 Li를 98:2의 중량비로 진공 증착하여 100Å 두께의 전자주입층을 형성하였다. 상기 전자주입층 위에 1000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
Figure PCTKR2019008191-appb-I000040
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.7 Å/sec를 유지하였고, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 5 × 10-8 ~ 1 × 10-7 torr를 유지하였다.
<실험예 2 내지 14>
상기 실험예 1에서 합성예 1의 화합물 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
<비교 실험예 1 내지 3>
상기 실험예 1에서 합성예 1의 화합물 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다. 하기 표 1의 CE1 내지 CE3의 화합물은 하기와 같다.
Figure PCTKR2019008191-appb-I000041
상기 실험예 및 비교실험예에서 유기 발광 소자를 10mA/cm2의 전류 밀도에서 전압과 효율을 측정하였고, 50mA/cm2의 전류 밀도에서 수명을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, LT95는 초기 휘도 대비 95%가 되는 시간을 의미한다.
화합물 전압(V)(@10mA/cm2) 효율(Cd/A)(@10mA/cm2) 색좌표(x,y) 수명(h)(LT95 at 50mA/cm2)
실험예 1 화합물 1 4.4 79 0.44, 0.54 140
실험예 2 화합물 2 4.1 82 0.46, 0.54 135
실험예 3 화합물 3 4.0 83 0.46, 0.55 150
실험예 4 화합물 4 4.1 81 0.46, 0.54 125
실험예 5 화합물 5 4.1 81 0.46, 0.54 115
실험예 6 화합물 6 4.1 81 0.46, 0.55 145
실험예 7 화합물 7 4.0 83 0.46, 0.54 170
실험예 8 화합물 8 4.2 83 0.46, 0.54 120
실험예 9 화합물 9 4.2 82 0.46, 0.53 115
실험예 10 화합물 10 4.1 79 0.46, 0.54 100
실험예 11 화합물 11 4.2 82 0.46, 0.54 162
실험예 12 화합물 12 4.2 82 0.46, 0.54 175
실험예 13 화합물 13 4.3 81 0.46, 0.53 185
실험예 14 화합물 14 4.2 81 0.46, 0.54 190
비교실험예1 CE1 4.5 75 0.46, 0.54 85
비교실험예2 CE2 4.4 70 0.47, 0.54 12
비교실험예3 CE3 4.6 55 0.48, 0.59 10
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 화합물을 발광층 물질로 사용할 경우, 비교 실험예에 비하여 효율 및 수명이 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 카바조일 치환기에 벤조옥사다이아졸 혹은 벤조싸이아다이아졸이 추가로 치환됨에 따라 전자안정성이 증가된 것으로 보여진다.

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000042
    상기 화학식 1에 있어서,
    X1 내지 X3 중 적어도 두 개는 N이며, 나머지는 CR이며,
    R은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
    Y는 O; 또는 S이고,
    L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    a는 1 또는 2이고,
    a가 2인 경우, 괄호 내 L은 서로 같거나 상이하다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 안트라세닐기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 파이레닐기; 치환 또는 비치환된 페릴레닐기; 치환 또는 비치환된 트리페닐기; 치환 또는 비치환된 크라이세닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기인 것인 화합물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 구조들 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000043
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000044
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000045
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000046
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000047
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000048
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000049
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000050
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000051
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000052
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000053
    Figure PCTKR2019008191-appb-I000054
    .
  4. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
PCT/KR2019/008191 2018-07-05 2019-07-04 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 WO2020009492A1 (ko)

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