WO2021091131A1 - 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자 - Google Patents

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WO2021091131A1
WO2021091131A1 PCT/KR2020/014574 KR2020014574W WO2021091131A1 WO 2021091131 A1 WO2021091131 A1 WO 2021091131A1 KR 2020014574 W KR2020014574 W KR 2020014574W WO 2021091131 A1 WO2021091131 A1 WO 2021091131A1
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group
compound
layer
formula
substituted
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PCT/KR2020/014574
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서상덕
이동훈
장분재
김민준
정민우
이정하
한수진
박슬찬
황성현
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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    • 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 novel compound and an organic light emitting device comprising the same.
  • the organic light emission phenomenon refers to a phenomenon in which electrical energy is converted into light energy by using an organic material.
  • An organic light-emitting device using the organic light-emitting phenomenon has a wide viewing angle, excellent contrast, and fast response time, and has excellent luminance, driving voltage, and response speed characteristics, and thus many studies are being conducted.
  • An organic light-emitting device generally has a structure including an anode and a cathode, and an organic material layer between the anode and the cathode.
  • the organic material layer is often made of a multilayer structure made 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.
  • 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. When it falls back to the ground, it glows.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2000-0051826
  • the present invention relates to a novel compound and an organic light emitting device comprising the same.
  • the present invention provides a compound represented by the following formula (1):
  • Ar 1 is C 6-60 aryl substituted with an adamantane group
  • Ar 2 is substituted or unsubstituted C 6-60 aryl; Or substituted or unsubstituted C 5-60 heteroaryl containing any one or more heteroatoms selected from the group consisting of N, O and S,
  • n are each independently an integer of 0 to 7
  • R 1 and R 2 are each independently hydrogen; heavy hydrogen; Substituted or unsubstituted C 1-60 alkyl; Substituted or unsubstituted C 3-60 cycloalkyl; Substituted or unsubstituted C 6-60 aryl; Or substituted or unsubstituted C 5-60 heteroaryl containing one or more heteroatoms selected from the group consisting of N, O, and S.
  • the present invention is 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 a compound represented by Formula 1 above.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 may be used as a material for an organic material layer of an organic light-emitting device, and may improve efficiency, low driving voltage, and/or lifetime characteristics in the organic light-emitting device.
  • the compound represented by Formula 1 may be used as a hole injection, hole transport, hole injection and transport, light emission, electron transport, or electron injection material.
  • 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 comprising 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.
  • FIG. 3 shows a substrate (1), an anode (2), a hole injection layer (5), a hole transport layer (6), an electron blocking layer (9), a light emitting layer (7), a hole blocking layer (10), an electron transport layer (8).
  • An example of an organic light-emitting device comprising an electron injection layer 11 and a cathode 4 is shown.
  • the present invention provides a compound represented by Chemical Formula 1.
  • substituted or unsubstituted refers to deuterium; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Hydroxy group; Carbonyl group; Ester group; Imide group; Amino group; Phosphine oxide group; Alkoxy group; Aryloxy group; Alkyl thioxy group; Arylthioxy group; Alkyl sulfoxy group; Arylsulfoxy group; Silyl group; Boron group; Alkyl group; Cycloalkyl group; Alkenyl group; Aryl group; Aralkyl group; Aralkenyl group; Alkylaryl group; Alkylamine group; Aralkylamine group; Heteroarylamine group; Arylamine group; Arylphosphine group; Or it means substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group consisting of a heterocyclic group containing one or more of N, O, and S atoms, or substituted or unsubstituted with two
  • 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.
  • the number of carbon atoms of the carbonyl group is not particularly limited, but is preferably 1 to 40 carbon atoms. Specifically, it may be a compound having the following structure, but is not limited thereto.
  • the ester group may be substituted with a C1-C25 linear, branched or cyclic alkyl group or an aryl group having 6 to 25 carbon atoms in the oxygen of the ester group.
  • it may be a compound of the following structural formula, but is not limited thereto.
  • the number of carbon atoms of the imide group is not particularly limited, but it is preferably 1 to 25 carbon atoms. Specifically, it may be a compound having the following structure, but is not limited thereto.
  • the silyl group is specifically trimethylsilyl group, triethylsilyl group, t-butyldimethylsilyl group, vinyldimethylsilyl group, propyldimethylsilyl group, triphenylsilyl group, diphenylsilyl group, phenylsilyl group, etc. However, it is not limited thereto.
  • the boron group specifically includes a trimethyl boron group, a triethyl boron group, a t-butyldimethyl boron group, a triphenyl boron group, a phenyl boron group, and the like, but is not limited thereto.
  • examples of the halogen group include fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • the alkyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 40. According to an 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. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 6 carbon atoms.
  • alkyl group examples include methyl, ethyl, propyl, n-propyl, isopropyl, butyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, 1-methyl-butyl, 1-ethyl-butyl, pentyl, n -Pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 4-methyl-2-pentyl, 3,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl , n-heptyl, 1-methylhexyl, cyclopentylmethyl, cycloheptylmethyl, octyl, n-octyl, tert-octyl, 1-methylheptyl, 2-ethylhex
  • the alkenyl group may be a linear or branched chain, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 2 to 40. According to an exemplary embodiment, the alkenyl group has 2 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkenyl group has 2 to 10 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkenyl group has 2 to 6 carbon atoms.
  • Specific examples include vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 3-methyl-1- Butenyl, 1,3-butadienyl, allyl, 1-phenylvinyl-1-yl, 2-phenylvinyl-1-yl, 2,2-diphenylvinyl-1-yl, 2-phenyl-2-( Naphthyl-1-yl)vinyl-1-yl, 2,2-bis(diphenyl-1-yl)vinyl-1-yl, stilbenyl group, styrenyl group, and the like, but are not limited thereto.
  • the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably has 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 cycloalkyl group has 3 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 6 carbon atoms.
  • 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 phenanthryl group, a pyrenyl group, a perylenyl group, a chrysenyl group, a fluorenyl group, and the like, but is not limited thereto.
  • the fluorenyl group may be substituted, and two substituents may be bonded to each other to form a spiro structure.
  • the fluorenyl group is substituted, Can be, etc. However, it is not limited thereto.
  • the heterocyclic group is a heterocyclic group containing at least one of O, N, Si, and S as a heterogeneous element, and the number of carbons is not particularly limited, but it is preferably 2 to 60 carbon atoms.
  • heterocyclic group examples include thiophene group, furan group, pyrrole group, imidazole group, thiazole group, oxazole group, oxadiazole group, triazole group, pyridyl group, bipyridyl group, pyrimidyl group, triazine group, triazole group, Acridyl group, pyridazine group, pyrazinyl group, quinolinyl group, quinazoline group, quinoxalinyl group, phthalazinyl group, pyrido pyrimidinyl group, pyrido pyrazinyl group, pyrazino pyrazinyl group, isoquinoline group , Indole group, carbazole group, benzoxazole group, benzoimidazole group, benzothiazole group, benzocarbazole group, benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzofuranyl group, phen
  • the aryl group among the aralkyl group, aralkenyl group, alkylaryl group, and arylamine group is the same as the example of the aryl group described above.
  • the alkyl group among the aralkyl group, the alkylaryl group and the alkylamine group is the same as the example of the aforementioned alkyl group.
  • the description of the aforementioned heterocyclic group may be applied.
  • the alkenyl group of the aralkenyl group is the same as the example of the alkenyl group described above.
  • the description of the aryl group described above may be applied except that the arylene is a divalent group.
  • the description of the aforementioned heterocyclic group may be applied except that the heteroarylene is a divalent group.
  • the hydrocarbon ring is not a monovalent group, and the description of the aryl group or cycloalkyl group described above may be applied except that the hydrocarbon ring is formed by bonding of two substituents.
  • the heterocycle is not a monovalent group, and the description of the aforementioned heterocyclic group may be applied, except that two substituents are bonded to each other and formed.
  • the formula 1 is represented by the following formula 1-1:
  • Ar 1 , Ar 2 , m, n, R 1 and R 2 are as previously defined.
  • Ar 1 may be C 6-20 aryl substituted with an adamantane group, for example, phenyl substituted with an adamantane group; Biphenyl substituted with an adamantane group; Or it may be a naphthyl substituted with an adamantane group.
  • Formula 1 may be represented by any one of the following Formulas 2-1 to 2-3:
  • Ar 2 is substituted or unsubstituted C 6-20 aryl; Or it may be a substituted or unsubstituted C 5-20 heteroaryl including any one or more heteroatoms selected from the group consisting of N, O and S, and more preferably, phenyl; Biphenyl; Naphthyl; Dibenzofuranyl; Dibenzothiophenyl; Or 9,9-dimethyl-9H-fluorenyl.
  • n and n may each independently be 0 or 1.
  • R 1 and R 2 are each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or it may be a substituted or unsubstituted C 6-20 aryl, more preferably, each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or phenyl.
  • the compound may be selected from the group consisting of the following compounds:
  • T is halogen, preferably bromo, or chloro, and the definition of other substituents is as described above.
  • the compound represented by Formula 1 is prepared by combining starting materials through a Suzuki coupling reaction.
  • a Suzuki coupling reaction is preferably carried out in the presence of a palladium catalyst and a base, and the reactor for the Suzuki coupling reaction can be changed as known in the art.
  • the manufacturing method may be more specific in the manufacturing examples to be described later.
  • the present invention provides an organic light-emitting device including the compound represented by Formula 1 above.
  • the present invention provides 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 comprises a compound represented by Formula 1 do.
  • 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, 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 layers.
  • the organic material layer may include a hole injection layer, a hole transport layer, a layer for simultaneously injecting and transporting holes or an electron blocking layer, and the hole injection layer, a hole transport layer, a layer for simultaneously injecting and transporting holes, or an electron blocking layer
  • the layer may include the compound represented by Chemical Formula 1.
  • the organic material layer may include an emission layer, and the emission layer may include a compound represented by Formula 1 above.
  • the compound represented by Formula 1 may be used as a host material in the emission layer, and more specifically, the compound represented by Formula 1 may be used as a host used in the emission layer of the green organic light emitting device.
  • the emission layer may include two or more types of hosts, and when the emission layer includes two or more types of hosts, at least one of the hosts may be the compound.
  • the organic material layer may include a hole blocking layer, an electron transport layer, an electron injection layer, or a layer that simultaneously transports and injects electrons, and the hole blocking layer, an electron transport layer, an electron injection layer, or an electron transport and electron injection layer
  • the layer for simultaneous injection may include the compound represented by Formula 1 above.
  • the organic light-emitting device according to the present invention may be a normal type organic light-emitting device in which an anode, one or more organic material layers, and a cathode are sequentially stacked on a substrate.
  • the organic light-emitting device according to the present invention may be an inverted type organic light-emitting device in which a cathode, one or more organic material layers, and an anode are sequentially stacked on a substrate.
  • FIGS. 1 to 3 the structure of an organic light-emitting device according to an embodiment of the present invention is illustrated in FIGS. 1 to 3.
  • 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.
  • the compound represented by Formula 1 may be included in the emission layer.
  • the compound represented by Formula 1 may be included in one or more of the hole injection layer, the hole transport layer, the light emitting layer, and the electron transport layer.
  • FIG. 3 shows a substrate (1), an anode (2), a hole injection layer (5), a hole transport layer (6), an electron blocking layer (9), a light emitting layer (7), a hole blocking layer (10), an electron transport layer (8).
  • An example of an organic light-emitting device comprising an electron injection layer 11 and a cathode 4 is shown.
  • the compound represented by Formula 1 may be included in one or more of the hole injection layer, hole transport layer, electron blocking layer, light emitting layer, hole blocking layer, electron transport layer, and electron injection layer.
  • the organic light-emitting device according to the present invention may be manufactured by materials and methods known in the art, except that at least one of the organic material layers includes the compound represented by Chemical Formula 1.
  • the organic material layers may be formed of the same material or different materials.
  • the organic light emitting device may be manufactured by sequentially stacking a first electrode, an organic material layer, and a second electrode on a substrate.
  • a PVD (physical vapor deposition) method such as sputtering or e-beam evaporation
  • the anode is formed by depositing a metal or a conductive metal oxide or an alloy thereof on the substrate.
  • an organic material layer including a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer thereon it can be prepared by 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 compound represented by Formula 1 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, doctor blading, inkjet printing, screen printing, spray method, roll coating, and the like, but is not limited thereto.
  • an organic light emitting device may be manufactured by sequentially depositing an organic material layer and an anode material from a cathode material on a substrate (WO 2003/012890).
  • the manufacturing method is not limited thereto.
  • 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 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 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); Combinations of metals and oxides such as ZnO:Al or SnO 2 :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 layer is a layer that injects holes from an electrode, and has the ability to transport holes as a hole injection material, so that it has a hole injection effect at the anode, an excellent hole injection effect for a light emitting layer or a light emitting material, A compound that prevents the movement of excitons to the electron injection layer or the electron injection material and has excellent ability to form a thin film is preferable. It is preferable that the HOMO (highest occupied molecular orbital) of the hole injection material is between the work function of the positive electrode material and the HOMO of the surrounding organic material layer.
  • hole injection materials include metal porphyrin, oligothiophene, arylamine-based organic substances, hexanitrile hexaazatriphenylene-based organic substances, quinacridone-based organic substances, and perylene-based organic substances.
  • the hole transport layer is a layer that receives holes from the hole injection layer and transports holes to the light emitting layer.
  • a hole transport material a material capable of transporting holes from the anode or the hole injection layer to the light emitting layer and having high mobility for holes This 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.
  • the electron blocking layer is formed on the hole transport layer and is preferably provided in contact with the light emitting layer to control hole mobility and prevent excessive movement of electrons to increase the probability of hole-electron coupling, thereby increasing the efficiency of the organic light-emitting device. It serves to improve.
  • the electron blocking layer includes an electron blocking material, and a material having a stable structure in which electrons do not flow out of the emission layer is suitable as the electron blocking material.
  • an arylamine-based organic material may be used, but is not limited thereto.
  • the light-emitting material a material capable of emitting light in a visible light region by transporting and combining 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.
  • the emission layer may include a host material and a dopant material.
  • Host materials include condensed aromatic ring derivatives or heterocyclic-containing 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.
  • Dopant materials include aromatic amine derivatives, strylamine compounds, boron complexes, fluoranthene compounds, and metal complexes.
  • the aromatic amine derivative is a condensed aromatic ring derivative having a substituted or unsubstituted arylamino group, and includes pyrene, anthracene, chrysene, periflanthene and the like having an arylamino group
  • the styrylamine compound is substituted or unsubstituted
  • the aromatic amine derivative is a condensed aromatic ring derivative having a substituted or unsubstituted arylamino group, and includes pyrene, anthracene, chrysene, periflanthene and the like having an arylamino group
  • the styrylamine compound is substituted or unsubstituted
  • at least one arylvinyl group is substituted on the arylamine, one or two or more substituents selected from
  • styrylamine styryldiamine
  • styryltriamine examples of the metal complex
  • styryltetraamine examples of the metal complex include, but are not limited to, an iridium complex and a platinum complex.
  • the hole blocking layer is formed on the emission layer, and specifically, the hole blocking layer is provided in contact with the emission layer to prevent excessive movement of holes, thereby increasing the probability of hole-electron bonding, thereby improving the efficiency of the organic light-emitting device. Do it.
  • the hole blocking layer includes a hole blocking material, and as such a hole blocking material, a material having a stable structure in which holes do not flow out of the emission layer is suitable. Examples of the hole blocking material include azine derivatives including triazine; Triazole derivatives; Oxadiazole derivatives; Phenanthroline derivatives; A compound into which an electron withdrawing group is introduced, such as a phosphine oxide derivative, may be used, but is not limited thereto.
  • the electron transport layer is a layer that receives electrons from the electron injection layer and transports electrons to the emission layer.
  • an electron transport material a material capable of injecting electrons from the cathode and transferring them to the emission layer, and a material having high mobility for electrons is suitable. Do. 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 electron transport layer can be used with any desired cathode material as used according to the prior art.
  • suitable cathode materials are conventional materials that have a low work function and are followed by an aluminum layer or a silver layer. Specifically, they are cesium, barium, calcium, ytterbium, and samarium, and in each case an aluminum layer or a silver layer follows.
  • the electron injection layer is a layer that injects electrons from the electrode, has the ability to transport electrons, has an electron injection effect from the cathode, an excellent electron injection effect for the light emitting layer or light emitting material, and hole injection of excitons generated in the light emitting layer
  • a compound that prevents migration to the layer and is excellent in thin film forming ability is preferable.
  • Complex compounds and nitrogen-containing 5-membered ring derivatives but are not limited thereto.
  • Examples of the metal complex compound include 8-hydroxyquinolinato lithium, bis(8-hydroxyquinolinato)zinc, bis(8-hydroxyquinolinato)copper, bis(8-hydroxyquinolinato)manganese, Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum, tris(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum, tris(8-hydroxyquinolinato)gallium, bis(10-hydroxybenzo[h] Quinolinato)beryllium, bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)zinc, bis(2-methyl-8-quinolinato)chlorogallium, bis(2-methyl-8-quinolinato)( o-cresolato)gallium, bis(2-methyl-8-quinolinato)(1-naphtholato)aluminum, bis(2-methyl-8-quinolinato)(2-naphtholato)gallium, etc. It is not limited to this.
  • the organic light-emitting device 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.
  • the compound represented by Formula 1 may be included in an organic solar cell or an organic transistor in addition to the organic light emitting device.
  • a glass substrate coated with a thin film of ITO (Indium Tin Oxide) to a thickness of 1,400 ⁇ was put in distilled water dissolved in a detergent and washed with ultrasonic waves.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • Fischer Co. product was used as a detergent
  • distilled water secondarily filtered with a filter made by Millipore Co. was used as distilled water.
  • ultrasonic washing 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 HT-A compound and 5% by weight of the following PD compound were thermally vacuum deposited to a thickness of 100 ⁇ , and then only the following HT-A compound was deposited to a thickness of 1150 ⁇ to form a hole transport layer.
  • the HT-B compound was thermally vacuum deposited to a thickness of 450 ⁇ as an electron blocking layer thereon.
  • a host was formed by using the compound 1 prepared in Example 1 as a first host and the following NGH compound as a second host in a weight ratio of 60:40, and using 15% by weight of the host as a dopant, 400 It was vacuum deposited to a thickness of ⁇ .
  • the following ET-A compound was vacuum-deposited to a thickness of 50 ⁇ as a hole blocking layer.
  • the following ET-B compound and the following Liq compound were thermally vacuum deposited to a thickness of 250 ⁇ at a ratio of 2:1, and then LiF and magnesium were vacuum deposited to a thickness of 30 ⁇ at a ratio of 1:1. I did.
  • Magnesium and silver were deposited on the electron injection layer to a thickness of 160 ⁇ in a ratio of 1:4 to form a cathode, thereby fabricating an organic light-emitting device.
  • This property of the compound represented by Formula 1 according to the present invention is a property exhibited by including an adamantane structure, and the adamantane structure is cycloalkyl, but the molecule is a non-planar structure in a single molecule structure rather than an aryl structure. .
  • non-planarized structures like long-chain alkyl groups cause energy loss due to motility due to characteristics such as rotational motion or vibrational motion of molecules, whereas adamantane has a characteristic of deteriorating crystallinity.
  • strong condensation rings are formed three-dimensionally with each other, so that the mobility of molecules is lowered to have high heat resistance, and energy loss due to molecular movements can be reduced.
  • the aryl structure such as the phenyl structure affects the energy level of the molecule due to the delocalized structure.
  • the adamantane structure does not affect the energy level, but contains a large number of carbon atoms, and the molecular weight increases.
  • the high glass transition temperature can also improve the stability of the thin film.
  • substrate 2 anode

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Abstract

본 발명은 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

신규한 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 11월 8일자 한국 특허 출원 제10-2019-0142727호 및 2020년 10월 23일자 한국 특허 출원 제10-2020-0137961호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.
유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 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.
상기와 같은 유기 발광 소자에 사용되는 유기물에 대하여 새로운 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 1) 한국특허 공개번호 제10-2000-0051826호
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000001
상기 화학식 1에서,
Ar 1은 아다만탄기로 치환된 C 6-60 아릴이고,
Ar 2는 치환 또는 비치환된 C 6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 C 5-60 헤테로아릴이고,
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 7의 정수이고,
R 1 및 R 2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C 1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C 3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C 6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C 5-60 헤테로아릴이다.
또한, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있으며, 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공주입, 정공수송, 정공주입 및 수송, 발광, 전자수송, 또는 전자주입 재료로 사용될 수 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 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)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자차단층(9), 발광층(7), 정공차단층(10), 전자수송층(8), 전자주입층(11) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서에서,
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000002
,
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000003
, 또는
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000004
는 다른 치환기에 연결되는 결합을 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000005
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000006
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000007
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 사이클로펜틸메틸,사이클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 사이클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-디메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-디메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
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, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 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 PCTKR2020014574-appb-img-000008
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종 원소로 O, N, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민 중 헤테로아릴은 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아르알케닐기 중 알케닐기는 전술한 알케닐기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 아릴기 또는 사이클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시된다:
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000009
상기 화학식 1-1에서,
Ar 1, Ar 2, m, n, R 1 및 R 2는 앞서 정의한 바와 같다.
바람직하게는, Ar 1은 아다만탄기로 치환된 C 6-20 아릴일 수 있으며, 예를 들어 아다만탄기로 치환된 페닐; 아다만탄기로 치환된 비페닐; 또는 아다만탄기로 치환된 나프틸일 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
[화학식 2-1]
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000010
[화학식 2-2]
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000011
[화학식 2-3]
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000012
상기 화학식 2-1 내지 2-3에서,
Ar 2, m, n, R 1 및 R 2에 대한 설명은 앞서 정의한 바와 같다.
바람직하게는, Ar 2는 치환 또는 비치환된 C 6-20 아릴; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C 5-20 헤테로아릴일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 페닐; 비페닐; 나프틸; 디벤조퓨라닐; 디벤조티오페닐; 또는 9,9-디메틸-9H-플루오레닐일 수 있다.
바람직하게는, m 및 n은 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다.
바람직하게는, R 1 및 R 2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 C 6-20 아릴일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 페닐일 수 있다.
예를 들어, 상기 화합물은, 하기 화합물로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다:
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000013
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000014
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000015
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000016
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000017
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000018
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000019
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000020
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000021
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 1과 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.
[반응식 1]
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000022
상기 반응식 1에서, T는 할로겐이고, 바람직하게는 브로모, 또는 클로로이고, 다른 치환기에 대한 정의는 앞서 설명한 바와 같다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 스즈키 커플링 반응을 통해 출발물질들을 결합하여 제조된다. 이러한 스즈키 커플링 반응은 팔라듐 촉매와 염기 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 스즈키 커플링 반응을 위한 반응기는 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다. 일례로, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물 층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물 층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물 층으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기물 층은 정공주입층, 정공수송층, 정공 주입과 수송을 동시에 하는 층 또는 전자차단층을 포함할 수 있고, 상기 정공주입층, 정공수송층, 정공 주입과 수송을 동시에 하는 층 또는 전자차단층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기물 층은 발광층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층에서 호스트 물질로 사용될 수 있으며, 더욱 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 녹색 유기 발광 소자의 발광층에 사용되는 호스트로 사용될 수 있다.
또한, 상기 발광층은 2종 이상의 호스트를 포함할 수 있으며, 상기 발광층이 2종 이상의 호스트를 포함한 경우, 상기 호스트 중 1종 이상은 상기 화합물일 수 있다.
또한, 상기 유기물 층은 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층, 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층을 포함할 수 있고, 상기 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층, 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물 층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물 층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 내지 3에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.
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. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층 중 1층 이상에 포함될 수 있다.
도 3은 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자차단층(9), 발광층(7), 정공차단층(10), 전자수송층(8), 전자주입층(11) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 발광층, 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층 중 1층 이상에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 상기 유기물 층 중 1층 이상이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(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, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물 층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다(WO 2003/012890). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이거나, 또는 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물 층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 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 SnO 2: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. 상기 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 LiO 2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물 층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 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 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로 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.
상기 전자차단층은 상기 정공수송층 상에 형성되어, 바람직하게는 발광층에 접하여 구비되어, 정공 이동도를 조절하고, 전자의 과다한 이동을 방지하여 정공-전자간 결합 확률을 높여줌으로써 유기 발광 소자의 효율을 개선하는 역할을 한다. 상기 전자차단층은 전자 차단 물질을 포함하고, 이러한 전자 차단 물질로는 발광층에서 전자가 흘러나오지 않을 수 있는 안정된 구조를 갖는 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 예로 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq 3); 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.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 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.
도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공차단층은 상기 발광층 상에 형성되어, 구체적으로 상기 정공차단층은 발광층에 접하여 구비되어, 정공의 과다한 이동을 방지하여 정공-전자간 결합 확률을 높여줌으로써 유기 발광 소자의 효율을 개선하는 역할을 한다. 상기 정공차단층은 정공 차단 물질을 포함하고, 이러한 정공 차단 물질로는 발광층에서 정공이 흘러나오지 않을 수 있는 안정된 구조를 갖는 물질이 적합하다. 상기 정공 차단 물질로는 트리아진을 포함한 아진류 유도체; 트리아졸 유도체; 옥사디아졸 유도체; 페난트롤린 유도체; 포스핀옥사이드 유도체 등의 전자흡인기가 도입된 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층은 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq 3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 질소 함유 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자 외에도 유기 태양 전지 또는 유기 트랜지스터에 포함될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
제조예 1: 중간체 A의 제조
단계 1) 중간체 A-1의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000023
플라스크에 3-chloro-9H-carbazole(15.0 g, 74.4 mmol), bromobenzene(12.8 g, 81.8 mmol), bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.8 g, 1.5 mmol), sodium tert-butoxide(10.7 g, 111.6 mmol), 및 toluene(450 ml)을 넣은 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 물을 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 MgSO 4로 건조, 농축하고 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 A-1(15.9 g)을 수득하였다. (수율 77%, MS: [M+H] += 278)
단계2) 중간체 A-2의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000024
플라스크에 중간체 A-1(15.0 g, 54.0 mmol), bis(pinacolato)diboron(15.1 g, 59.4 mmol), bis(dibenzylideneacetone)palladium(0)(0.6 g, 1.1 mmol), tricyclohexylphosphine(0.6 g, 2.2 mmol), potassium acetate(10.6 g, 108.0 mmol), 및 1,4-dioxane(300 ml)을 넣고, 아르곤 분위기 환류 조건 하에서 12시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 반응액을 분액 깔대기에 옮기고, 물과 ethyl acetate로 추출하였다. 추출액을 MgSO 4로 건조 후, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 A-2(11.0 g)를 수득하였다. (수율 55%, MS: [M+H]+= 369)
단계3) 중간체 A의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000025
플라스크에 중간체 A-2(15.0 g, 40.6 mmol), 3-bromo-9H-carbazole(12.0 g, 48.7 mmol)을 tetrahydrofuran(THF, 300 ml)에 녹이고 potassium carbonate(22.5 g, 162.5 mmol)을 물(150 ml)에 녹여 넣었다. 여기에 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)(2.3 g, 2.0 mmol)를 넣고, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 반응액을 분액 깔대기에 옮기고, CH 2Cl 2로 추출했다. 추출액을 MgSO 4로 건조 후, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 A(11.8 g)를 수득하였다. (수율 71%, MS: [M+H] += 409)
제조예 2: 중간체 B의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000026
제조예 1에서, bromobenzene을 3-bromo-1,1'-biphenyl으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 B를 제조하였다. (MS: [M+H] += 485)
제조예 3: 중간체 C의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000027
제조예 1에서, bromobenzene을 2-bromodibenzo[b,d]thiophene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 C를 제조하였다. (MS: [M+H] += 515)
제조예 4: 중간체 D의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000028
제조예 1에서, bromobenzene을 2-bromodibenzo[b,d]furan으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 D를 제조하였다. (MS: [M+H] += 499)
제조예 5: 중간체 E의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000029
제조예 1에서, bromobenzene을 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 E를 제조하였다. (MS: [M+H] += 525)
제조예 6: 중간체 F의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000030
제조예 1에서, bromobenzene을 2-bromonaphthalene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 F를 제조하였다. (MS: [M+H] += 459)
제조예 7: 중간체 G의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000031
제조예 1에서, bromobenzene을 4-bromo-1,1'-biphenyl으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 G를 제조하였다. (MS: [M+H] += 485)
제조예 8: 중간체 H의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000032
제조예 1에서, 3-chloro-9H-carbazole을 2-chloro-9H-carbazole로, bromobenzene을 4-bromo-1,1'-biphenyl으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 H를 제조하였다. (MS: [M+H] += 485)
제조예 9: 중간체 I의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000033
제조예 1에서, 3-chloro-9H-carbazole을 4-chloro-9H-carbazole, 3-bromo-9H-carbazole을 4-chloro-9H-carbazole로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 I를 제조하였다. (MS: [M+H] += 409)
[실시예]
실시예 1: 화합물 1의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000034
플라스크에 중간체 A(15.0 g, 36.7 mmol), 중간체 a(11.8 g, 40.4 mmol), bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.4 g, 0.7 mmol), sodium tert-butoxide(5.3 g, 55.1 mmol), 및 toluene(300 ml)을 넣은 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 물을 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 MgSO 4로 건조, 농축하고 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 1(7.3 g)을 수득하였다. (수율 32%, MS: [M+H] += 619)
실시예 2: 화합물 2의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000035
실시예 1에서, 중간체 A를 중간체 B로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 2를 제조하였다. (MS: [M+H] += 695)
실시예 3: 화합물 3의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000036
실시예 1에서, 중간체 A를 중간체 C로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 3을 제조하였다. (MS: [M+H] += 725)
실시예 4: 화합물 4의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000037
실시예 1에서, 중간체 A를 중간체 D로, 중간체 a를 중간체 b로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 4를 제조하였다. (MS: [M+H] += 709)
실시예 5: 화합물 5의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000038
실시예 1에서, 중간체 A를 중간체 E로, 중간체 a를 중간체 b로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 5를 제조하였다. (MS: [M+H] += 735)
실시예 6: 화합물 6의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000039
실시예 1에서, 중간체 A를 중간체 F로, 중간체 a를 중간체 b로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 6을 제조하였다. (MS: [M+H] += 669)
실시예 7: 화합물 7의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000040
실시예 1에서, 중간체 A를 중간체 G로, 중간체 a를 중간체 c로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 7을 제조하였다. (MS: [M+H] += 695)
실시예 8: 화합물 8의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000041
실시예 1에서, 중간체 A를 중간체 H로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 8을 제조하였다. (MS: [M+H] += 695)
실시예 9: 화합물 9의 제조
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000042
합성예 10에서, 중간체 A를 중간체 I로, 중간체 a를 중간체 b로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 9를 제조하였다. (MS: [M+H] += 619)
[실험예]
실험예 1
ITO(Indium Tin Oxide)가 1,400 Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(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.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 HT-A 화합물과 5 중량%의 하기 PD 화합물을 100Å의 두께로 열 진공 증착하고, 이어서 하기 HT-A 화합물만 1150 Å의 두께로 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 그 위에 전자차단층으로 하기 HT-B 화합물을 450 Å 두께로 열 진공 증착하였다. 이어서 제1 호스트로 상기 실시예 1에서 제조한 화합물 1을, 제2 호스트로 하기 NGH 화합물을 60:40의 중량비로 하여 호스트를 구성하고, 호스트의 15 중량%의 하기 GD 화합물을 도펀트로 하여 400 Å의 두께로 진공 증착하였다. 이어서, 정공차단층으로 하기 ET-A 화합물을 50 Å의 두께로 진공 증착하였다. 이어서 전자 수송 및 주입층으로 하기 ET-B 화합물과 하기 Liq 화합물을 2:1의 비율로 250 Å의 두께로 열 진공 증착하고 이어서 LiF와 마그네슘을 1:1의 비율로 30 Å의 두께로 진공 증착하였다. 상기 전자주입층 위에 마그네슘과 은을 1:4의 비율로 160 Å의 두께로 증착하여 음극을 형성하여, 유기 발광 소자를 제조하였다.
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000043
실험예 2 내지 9 및 비교실험예 1 내지 3
제1 호스트 물질을 하기 표 1과 같이 변경하였다는 점을 제외하고는, 상기 실험예 1과 동일한 방법을 이용하여 실험예 2 내지 9 및 비교실험예 1 내지 3의 유기 발광 소자를 각각 제작하였다.
Figure PCTKR2020014574-appb-img-000044
상기 실험예 및 비교실험예에서 제조한 유기 발광 소자에 10 mA/cm 2의 전류 밀도를 인가하여 전압, 효율을 측정하고, 110℃오븐에서 10시간 열처리한 후 꺼내어, 동일 조건에서 재측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제1호스트 열처리 전 열처리 후
전압(V) 효율(cd/A) 전압(V) 효율(cd/A)
실시예 1 화합물 1 4.71 54.2 4.76 53.2
실시예 2 화합물 2 4.73 53.1 4.74 53.0
실시예 3 화합물 3 4.62 51.6 4.63 51.8
실시예 4 화합물 4 4.63 51.3 4.66 50.2
실시예 5 화합물 5 4.72 53.8 4.72 53.8
실시예 6 화합물 6 4.75 50.7 4.76 50.4
실시예 7 화합물 7 4.81 53.2 4.82 52.2
실시예 8 화합물 8 4.94 50.1 4.94 50.0
실시예 9 화합물 9 4.83 50.6 4.84 50.3
비교예 1 화합물 A 4.78 51.3 5.78 28.3
비교예 2 화합물 B 4.67 50.4 7.87 16.4
비교예 3 화합물 C 4.80 52.8 6.12 31.8
상기 표 1에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 발광 소자의 발광층 제1 호스트로 활용하는 경우, 비교예의 화합물에 비해 전압 및 효율 등의 특성에서 동등 혹은 그 이상의 특성을 보이는 것을 알 수 있다. 특히, 비교예의 화합물을 이용한 소자는 열처리 후 전압 및 효율 특성이 저하되는데 비해, 본 발명의 화합물을 이용한 소자는 우수한 열특성으로 인해 열처리 전후에서 동등 이상의 특성을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 이러한 특성은 아다만탄 구조를 포함함으로써 나타나는 특성으로, 아다만탄 구조는 시클로알킬이나, 아릴구조보다 단일 분자 구조에 있어서 분자가 비평면 구조로 되어 있다. 일반적으로 긴 사슬을 가지고 있는 알킬 그룹처럼 비평면화 된 구조는 분자의 회전운동이나, 진동운동 등의 특징으로 인한 운동성으로 인해 에너지 손실이 발생하는데 반해, 아다만탄은 결정성이 저하되는 특징을 가지고 있음에도 불구하고 입체적으로 서로 강한 축합고리를 형성하고 있어 분자의 운동성을 저하시켜 고내열성을 가질 수 있으며, 분자 운동으로 인한 에너지 손실도 줄일 수 있다. 또한, 페닐 구조와 같은 아릴 구조는 비편재화되어 있는 구조 때문에 분자의 에너지 레벨에 영향을 주게 되는데, 아다만탄 구조는 에너지 레벨에 영향을 주지 않으면서도, 많은 탄소수를 포함하여 분자량이 커져, 융점이나 유리전이 온도가 높아 박막 안정성도 향상시킬 수가 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 발광 소자의 발광층으로 이용시 저전압, 고효율의 특성을 나타내면서도 고내열성을 갖는 소자를 얻을 수 있다.
부호의 설명
1: 기판 2: 양극
3: 발광층 4: 음극
5: 정공주입층 6: 정공수송층
7: 발광층 8: 전자수송층
9: 전자차단층 10: 정공차단층
11: 전자주입층

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000045
    상기 화학식 1에서,
    Ar 1은 아다만탄기로 치환된 C 6-60 아릴이고,
    Ar 2는 치환 또는 비치환된 C 6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 C 5-60 헤테로아릴이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 7의 정수이고,
    R 1 및 R 2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C 1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C 3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C 6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C 5-60 헤테로아릴이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는,
    화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000046
    상기 화학식 1-1에서,
    Ar 1, Ar 2, m, n, R 1 및 R 2는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서,
    Ar 1은 아다만탄기로 치환된 페닐; 아다만탄기로 치환된 비페닐; 또는 아다만탄기로 치환된 나프틸인,
    화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시되는,
    화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000047
    [화학식 2-2]
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000048
    [화학식 2-3]
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000049
    상기 화학식 2-1 내지 2-3에서,
    Ar 2, m, n, R 1 및 R 2은 제1항에서 정의한 바와 같다.
  5. 제1항에 있어서,
    Ar 2는 페닐; 비페닐; 나프틸; 디벤조퓨라닐; 디벤조티오페닐; 또는 9,9-디메틸-9H-플루오레닐인,
    화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    m 및 n은 각각 독립적으로 0 또는 1인,
    화합물.
  7. 제1항에 있어서,
    R 1 및 R 2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 페닐인,
    화합물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
    화합물:
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000050
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000051
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000052
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000053
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000054
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000055
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000056
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000057
    Figure PCTKR2020014574-appb-img-000058
  9. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층인,
    유기 발광 소자.
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