WO2023075157A1 - 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 상기 유기전기소자를 포함하는 전자장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 높은 발광효율, 낮은 구동전압 및 고내열성을 가지는 유기전기소자를 제공할 수 있고, 유기전기소자의 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치
본 발명은 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기전기소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물 층은 유기전기소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.
유기 전기 발광소자에 있어 가장 문제시되는 것은 수명과 효율인데, 디스플레이가 대면적화되면서 이러한 효율이나 수명 문제는 반드시 해결해야 되는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생되는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 높아지는 경향을 나타낸다.
하지만, 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
일반적으로 전자수송층에서 발광층으로 전자(electron)가 전달되고 정공(hole)이 정공수송층에서 발광층으로 전달되어 재조합(recombination)에 의해 엑시톤(exciton)이 생성된다.
하지만, 정공수송층에 사용되는 물질의 경우 낮은 HOMO 값을 가져야 하기 때문에 대부분 낮은 T1 값을 가지며, 이로 인해 발광층에서 생성된 엑시톤(exciton)이 정공수송층으로 넘어가게 되어 결과적으로 발광층 내 전하 불균형(charge unbalance)을 초래하여 정공수송층 계면에서 발광하게 된다. 정공수송층 계면에서 발광될 경우, 유기전기소자의 색순도 및 효율이 저하되고 수명이 짧아지는 문제점이 발생하게 된다.
최근 유기 전기 발광소자에 있어 정공수송층에서의 발광 문제를 해결하기 위해서는 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층이 존재하여야 하며, 각각의 발광층(R, G, B)에 따라 서로 다른 발광보조층이 개발되고 있다.
유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질, 발광보조층 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하며, 특히 정공수송층 및 발광보조층 재료에 대한 개발이 필요하다.
본 발명은 소자의 구동전압을 낮추고, 소자의 발광효율, 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 상기 유기전기소자를 포함하는 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 발명은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.
<화학식 1>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000001
다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.
본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압을 달성할 수 있고, 소자의 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 유기전기소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 화학식을 나타낸다.
일 측면에서, 본 발명은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.
<화학식 1>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000002
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.
본 실시예들을 설명하기 위해, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 아래에서 참조되는 도면들에서는 축적비가 적용되지 않는다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 구성 요소가 다른 구성 요소 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 경우, 이는 다른 구성 요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 있는 경우도 포함할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반대로, 어떤 구성 요소가 다른 부분 "바로 위에" 있다고 하는 경우에는 중간에 또 다른 부분이 없는 것을 뜻한다고 이해되어야 할 것이다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 용어는, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위내에서, 달리 언급하지 않는 한 하기와 같다.
본 출원에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 및 요오드(I)를 포함한다.
본 출원에서 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 단일결합으로 연결된 1 내지 60의 탄소를 가지며, 직쇄 알킬기, 분지쇄 알킬기, 사이클로알킬(지환족)기, 알킬-치환된 사이클로알킬기, 사이클로알킬-치환된 알킬기를 비롯한 포화 지방족 작용기의 라디칼을 의미한다.
본 출원에서 사용된 용어 "할로알킬기" 또는 "할로겐알킬기"는 다른 설명이 없는 한 할로겐이 치환된 알킬기를 의미한다.
본 출원에서 사용된 용어 "알케닐" 또는 "알키닐"은 다른 설명이 없는 한 각각 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 직쇄형 또는 측쇄형 사슬기를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용된 용어 "사이클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용된 용어 "알콕시기" 또는 "알킬옥시기"는 산소 라디칼이 결합된 알킬기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용된 용어 "알켄옥실기", "알켄옥시기", "알켄일옥실기", 또는 "알켄일옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알켄일기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 2 내지 60의 탄소수를 가지나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 출원에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일 고리형, 고리 집합체, 접합된 여러 고리계 화합물 등을 포함한다. 예를 들면, 상기 아릴기는 페닐기, 바이페닐의 1가 작용기, 나프탈렌의 1가 작용기, 플루오렌일기, 치환된 플루오렌일기를 포함할 수 있고, 아릴렌기는 플루오렌일렌기, 치환된 플루오렌일렌기를 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용된 용어 "고리 집합체(ring assemblies)"는 둘 또는 그 이상의 고리계(단일고리 또는 접합된 고리계)가 단일결합이나 또는 이중결합을 통해서 서로 직접 연결되어 있고, 이와 같은 고리 사이의 직접 연결의 수가 그 화합물에 들어 있는 고리계의 총 수보다 1개가 적은 것을 의미한다. 고리 집합체는 동일 또는 상이한 고리계가 단일결합이나 이중결합을 통해 서로 직접 연결될 수 있다.
본 출원에서 아릴기는 고리 집합체를 포함하므로, 아릴기는 단일 방향족고리인 벤젠고리가 단일결합에 의해 연결된 바이페닐, 터페닐을 포함한다. 또한, 아릴기는 방향족 단일 고리와 접합된 방향족 고리계가 단일결합에 의해 연결된 화합물도 포함하므로, 예를 들면, 방향족 단일 고리인 벤젠 고리와 접합된 방향족 고리계인 플루오렌이 단일결합에 의해 연결된 화합물도 포함한다.
본 출원에서 사용된 용어 "접합된 여러 고리계"는 적어도 두 개의 원자를 공유하는 접합된(fused) 고리 형태를 의미하며, 둘 이상의 탄화수소류의 고리계가 접합된 형태 및 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리계가 적어도 하나 접합된 형태 등을 포함한다. 이러한 접합된 여러 고리계는 방향족고리, 헤테로방향족고리, 지방족 고리 또는 이들 고리의 조합일 수 있다. 예를 들어 아릴기의 경우, 나프탈렌일기, 페난트렌일기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
본 출원에서 사용된 용어 "스파이로 화합물"은 '스파이로 연결 (spiro union)'을 가지며, 스파이로 연결은 2개의 고리가 오로지 1개의 원자를 공유함으로써 이루어지는 연결을 의미한다. 이때, 두 고리에 공유된 원자를 '스파이로 원자'라 하며, 한 화합물에 들어 있는 스파이로 원자의 수에 따라 이들을 각각 '모노스파이로-', '다이스파이로-', '트라이스파이로-' 화합물이라 한다.
본 출원에서 사용된 용어 "플루오렌일기", "플루오렌일렌기", "플루오렌트리일기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하기 구조에서 R, R', R" 및 R'"이 모두 수소인 1가, 2가 또는 3가의 작용기를 의미하며, "치환된 플루오렌일기", "치환된 플루오렌일렌기" 또는 "치환된 플루오렌트리일기"는 치환기 R, R', R", R'"중 적어도 하나가 수소 이외의 치환기인 것을 의미하며, R과 R'이 서로 결합되어 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성한 경우를 포함한다. 본 명세서에서는 1가, 2가, 3가 등과 같은 가수와 상관없이 플루오렌일기, 플루오렌일렌기, 플루오렌트리일기를 모두 플루오렌기라고 명명할 수도 있다.
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000003
또한, 상기 R, R', R" 및 R'"은 각각 독립적으로, 1 내지 20의 탄소수를 가지는 알킬기, 1 내지 20의 탄소수를 가지는 알케닐기, 6 내지 30의 탄소수를 가지는 아릴기, 2 내지 30의 탄소수를 가지는 헤테로고리기일 수 있고, 예를 들면, 상기 아릴기는 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센 또는 페난트렌일 수 있으며, 상기 헤테로고리기는 피롤, 푸란, 티오펜, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 피리딘, 피리미딘, 피리다진, 피라진, 트리아진, 인돌, 벤조퓨란, 퀴나졸린 또는 퀴녹살린일 수 있다. 예를 들면, 상기 치환된 플루오렌일기 및 플루오렌일렌기는 각각 9,9-디메틸플루오렌, 9,9-디페닐플루오렌 및 9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]의 1가 작용기 또는 2가 작용기일 수 있다.
본 출원에서 사용된 용어 "헤테로고리기"는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 고리를 의미하나 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 출원에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타내며, 헤테로고리기는 헤테로원자를 포함하는 단일고리형, 고리집합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 의미한다.
예를 들어, "헤테로고리기"는 고리를 형성하는 탄소 대신 하기 화합물과 같이 SO2, P=O 등과 같은 헤테로원자단을 포함하는 화합물도 포함할 수 있다.
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000004
본 출원에서 사용된 용어 "고리"는 단일환 및 다환을 포함하며, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함하고, 방향족 및 비방향족 고리를 포함한다.
본 출원에서 사용된 용어 "다환"은 바이페닐, 터페닐 등과 같은 고리 집합체(ring assemblies), 접합된(fused) 여러 고리계 및 스파이로 화합물을 포함하며, 방향족뿐만 아니라 비방향족도 포함하고, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함한다.
본 출원에서 사용된 용어 "지방족고리기"는 방향족탄화수소를 제외한 고리형 탄화수소를 의미하며, 단일고리형, 고리집합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 포함하며, 다른 설명이 없는 한 탄소수 3 내지 60의 고리를 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 방향족고리인 벤젠과 비방향족고리인 사이클로헥산이 융합된 경우에도 지방족 고리에 해당한다.
또한, 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕시카르보닐기의 경우 알콕시기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 출원에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 알콕시기, C1~C20의 알킬아민기, C1~C20의 알킬티오펜기, C6~C20의 아릴티오펜기, C2~C20의 알켄일기, C2~C20의 알킨일기, C3~C20의 사이클로알킬기, C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C8~C20의 아릴알켄일기, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 각 기호 및 그 치환기의 예로 예시되는 아릴기, 아릴렌기, 헤테로고리기 등에 해당하는 '작용기 명칭'은 '가수를 반영한 작용기의 명칭'을 기재할 수도 있지만, '모체 화합물 명칭'으로 기재할 수도 있다. 예컨대, 아릴 기의 일종인 '페난트렌'의 경우, 1가의 '기'는 '페난트릴(기)'로, 2가의 기는 '페난트릴렌(기)' 등과 같이 가수를 구분하여 기의 이름을 기재할 수도 있지만, 가수와 상관없이 모체 화합물 명칭인 '페난트렌'으로 기재할 수도 있다.
유사하게, 피리미딘의 경우에도, 가수와 상관없이 '피리미딘'으로 기재하거나, 1가인 경우에는 피리미딘일(기)로, 2가의 경우에는 피리미딘일렌(기) 등과 같이 해당 가수의 '기의 이름'으로 기재할 수도 있다. 따라서, 본 출원에서 치환기의 종류를 모체 화합물 명칭으로 기재할 경우, 모체 화합물의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자와 결합하고 있는 수소 원자가 탈리되어 형성되는 n가의 '기'를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 화합물 명칭이나 치환기 명칭을 기재함에 있어 위치를 표시하는 숫자나 알파벳 등은 생략할 수도 있다. 예컨대, 피리도[4,3-d]피리미딘을 피리도피리미딘으로, 벤조퓨로[2,3-d]피리미딘을 벤조퓨로피리미딘으로, 9,9-다이메틸-9H-플루오렌을 다이메틸플루오렌 등과 같이 기재할 수 있다. 따라서, 벤조[g]퀴녹살린이나 벤조[f]퀴녹살린을 모두 벤조퀴녹살린이라고 기재할 수 있다.
또한 명시적인 설명이 없는 한,　본 출원에서 사용되는 화학식은 하기 화학식의 지수 정의에　의한 치환기 정의와 동일하게 적용된다.
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여기서, a가 0의 정수인 경우 치환기 R1은 부존재하는 것을 의미하는데, 즉 a가 0인 경우는 벤젠고리를 형성하는 탄소에 모두 수소가 결합된 것을 의미하며, 이때 탄소에 결합된 수소의 표시를 생략하고 화학식이나 화합물을 기재할 수 있다. 또한, a가 1의 정수인 경우 하나의 치환기 R1은 벤젠 고리를 형성하는 탄소 중 어느 하나의 탄소에 결합하며, a가 2 또는 3의 정수인 경우 예컨대 아래와 같이 결합할 수 있고, a가 4 내지 6의 정수인 경우에도 이와 유사한 방식으로 벤젠 고리의 탄소에 결합하며, a가 2 이상의 정수인 경우 R1은 서로 같거나 상이할 수 있다.
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본 출원에서 다른 설명이 없는 한, 고리를 형성한다는 것은, 인접한 기가 서로 결합하여 단일고리 또는 접합된 여러고리를 형성하는 것을 의미하고, 단일고리 및 형성된 접합된 여러 고리는 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함하고, 방향족 및 비방향족 고리를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 다른 설명이 없는 한, 축합환을 표시할 때 '숫자-축합환'에서 숫자는 축합되는 고리의 개수를 나타낸다. 예컨데, 안트라센, 페난트렌, 벤조퀴나졸린 등과 같이 3개의 고리가 서로 축합한 형태는 3-축합환으로 표기할 수 있다.
한편, 본 출원에서 사용된 용어 "다리걸친 고리 화합물(bridged bicyclic compound)"은 다른 설명이 없는 한, 2개의 고리가 3개 이상의 원자를 공유하여 고리를 형성한 화합물을 말한다. 이때 공유하는 원자는 탄소 또는 헤테로원자를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 화합물이 포함된 유기전기소자의 적층 구조에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자(100)는 기판(미도시) 상에 형성된 제1 전극(110), 제2 전극(170) 및 제1 전극(110)과 제2 전극(170) 사이에 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기물층을 포함한다.
상기 제1 전극(110)은 애노드(양극)이고, 제2 전극(170)은 캐소드(음극)일 수 있으며, 인버트형의 경우에는 제1 전극이 캐소드이고 제2 전극이 애노드일 수 있다.
상기 유기물층은 정공주입층(120), 정공수송층(130), 발광층(140), 전자수송층(150) 및 전자주입층(160)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(110) 상에 정공주입층(120), 정공수송층(130), 발광층(140), 전자수송층(150) 및 전자주입층(160)이 순차적으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전극(110) 또는 제2 전극(170)의 양면 중에서 유기물층과 접하지 않는 일면에 캡핑층(180)이 형성될 수 있으며, 캡핑층(180)이 형성될 경우 유기전기소자의 광효율이 향상될 수 있다.
예를 들면, 제2 전극(170) 상에 캡핑층(180)이 형성될 수 있는데, 전면발광(top emission) 유기발광소자의 경우, 캡핑층(180)이 형성됨으로써 제2 전극(170)에서의 SPPs (surface plasmon polaritons)에 의한 광학에너지 손실을 줄일 수 있고, 배면발광(bottom emission) 유기발광소자의 경우, 캡핑층(180)이 제2 전극(170)에 대한 완충 역할을 수행할 수 있다.
한편, 정공수송층(130)과 발광층(140) 사이에 버퍼층(210)이나 발광보조층(220)이 더 형성될 수 있는데 이에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기전기소자(200)는 제1 전극(110) 상에 순차적으로 형성된 정공주입층(120), 정공수송층(130), 버퍼층(210), 발광보조층(220), 발광층(140), 전자수송층(150), 전자주입층(160), 제2 전극(170)을 포함할 수 있고, 제2 전극 상에 캡핑층(180)이 형성될 수 있다.
도 2에 도시되지는 않았으나, 발광층(140)과 전자수송층(150) 사이에 전자수송보조층이 더 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 유기물층은 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 스택이 복수 개가 형성된 형태일 수도 있다. 이에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기전기소자(300)는 제1 전극(110)과 제2 전극(170) 사이에 다층으로 이루어진 유기물층의 스택(ST1, ST2)이 두 세트 이상 형성될 수 있고 유기물층의 스택 사이에 전하생성층(CGL)이 형성될 수도 있다.
구체적으로, 본 발명에 일 실시예에 따른 유기전기소자는 제1 전극(110), 제1 스택(ST1), 전하생성층(CGL: Charge Generation Layer), 제2 스택(ST2), 제2 전극(170) 및 캡핑층(180)을 포함할 수 있다.
상기 제1 스택(ST1)은 제1 전극(110) 상에 형성된 유기물층으로, 이는 제1 정공주입층(320), 제1 정공수송층(330), 제1 발광층(340) 및 제1 전자수송층(350)을 포함할 수 있다.
상기 제2 스택(ST2)은 제2 정공주입층(420), 제2 정공수송층(430), 제2 발광층(440) 및 제2 전자수송층(450)을 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 스택과 제2 스택은 동일한 적층 구조를 갖는 유기물층일 수도 있지만 서로 다른 적층 구조의 유기물층일 수도 있다.
상기 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2) 사이에는 전하 생성층(CGL)이 형성 될 수 있다. 전하 생성층(CGL)은 제1 전하 생성층(360)과 제2 전하생성층(361)을 포함할 수 있다. 이러한 전하생성층(CGL)은 제1 발광층(340)과 제2 발광층(440) 사이에 형성되어 각각의 발광층에서 발생하는 전류 효율을 증가시키고, 전하를 원활하게 분배하는 역할을 한다.
상기 제1 발광층(340)에는 청색 호스트에 청색 형광 도펀트를 포함하는 발광 재료가 포함될 수 있고, 제2 발광층(440)에는 녹색 호스트에 그리니쉬 옐로우(greenish yellow) 도펀트와 적색 도펀트가 함께 도핑된 재료가 포함될 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 제1 발광층(340) 및 제2 발광층(440)의 재료가 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 제2 정공수송층(430)은 에너지 준위를 제2 발광층(440)의 삼중항(triplet) 여기상태 에너지 준위보다 높게 설정한 제2 스택(ST2)을 포함하여 이루어진다.
상기 제2 발광층(440)보다 제2 정공수송층(430)의 에너지 준위가 높기 때문에, 제2 발광층(440)의 삼중항 여기자(triplet exciton)가 제2 정공수송층(430)으로 넘어가 발광 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2 정공수송층(430)은 고유의 제2 발광층(440)으로부터의 정공의 수송 기능을 함과 동시에 삼중항 여기자가 넘어오는 것을 방지하는 여기자 저지층(exciton blocking layer)로 기능할 수 있다.
또한, 여기자 저지층의 기능을 위해 제1 정공수송층(330) 또한, 제1 발광층(340)의 삼중항 여기 에너지 준위보다 높은 에너지 준위로 설정될 수 있다. 그리고, 제1 전자수송층(350)도 제1 발광층(340)의 삼중항 여기 상태의 에너지 준위보다 높은 에너지 준위로 설정하며, 제2 전자수송층(450)도 제2 발광층(440)의 삼중항 여기 상태의 에너지 준위보다 높은 에너지 준위로 설정되는 것이 바람직하다.
도 3에서, n은 1~5의 정수일 수 있는데, n이 2인 경우, 제2 스택(ST2) 상에 전하생성층(CGL)과 제3 스택이 추가적으로 더 적층될 수 있다.
도 3과 같이 다층의 스택 구조 방식에 의해 발광층이 복수개 형성될 경우, 각각의 발광층에서 발광된 광의 혼합 효과에 의해 백색 광이 발광되는 유기전기발광소자를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 색상의 광을 발광하는 유기전기발광소자를 제조할 수도 있다.
본 발명의 화학식 1에 의해 표시되는 화합물은 정공주입층(120, 320, 420), 정공수송층(130, 330, 430), 버퍼층(210), 발광보조층(220), 전자수송층(150, 350, 450), 전자주입층(160), 발광층(140, 340, 440) 또는 캡핑층(180)의 재료로 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정공수송층(130, 330, 430), 발광보조층(220), 발광층(140, 340, 440) 및/또는 캡핑층(180)의 재료로 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 따른 유기전기소자는, 보호층(미도시) 및 봉지층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 보호층은 캐핑층 상에 위치할 수 있고, 봉지층은 캐핑층 상에 위치하며, 상기 제1 전극, 제2 전극 및 유기물층을 보호하기 위하여 상기 제1 전극, 제2 전극 및 유기물층 중 하나 이상의 측면부를 덮도록 형성될 수 있다.
보호층은 봉지층이 균일하게 형성될 수 있도록 평탄화된 표면을 제공할 수 있으며, 봉지층의 제조과정에서 제1전극, 제2전극 및 유기물층을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
봉지층은 유기전기소자 내부로 외부의 산소 및 수분이 침투를 막아 주는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 동일 유사한 코어일지라도 어느 위치에 어느 치환기를 결합시키냐에 따라 밴드갭(band gap), 전기적 특성, 계면 특성 등이 달라질 수 있으므로, 코어의 선택 및 이에 결합된 서브(sub)-치환체의 조합에 대한 연구가 필요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광보조층(220), 발광층(140, 340, 440) 및/또는 캡핑층(180)의 재료로 사용함으로써, 각 유기물층 간의 에너지 레벨 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등을 최적화하여 유기전기소자의 수명 및 효율을 동시에 향상시킬 수 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기 발광소자는 다양한 증착법 (deposition)을 이용하여 제조될 수 있을 것이다. PVD나 CVD 등의 증착 방법을 사용하여 제조될 수 있는데, 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극(110)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(120, 320, 420), 정공수송층(130, 330, 430), 발광층(140, 340, 440), 전자수송층(150, 350, 450) 및 전자주입층(160)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극(170)으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 또한, 정공수송층(130, 330, 430)과 발광층(140, 340, 440) 사이에 발광보조층(220)을, 발광층(140)과 전자수송층(150) 사이에 전자수송보조층(미도시)을 더 형성할 수도 있고 상술한 바와 같이 스택 구조로 형성할 수도 있다.
또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용액 공정 또는 솔벤트 프로세스(solvent process), 예컨대 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정, 롤투롤 공정, 닥터 블레이딩 공정, 스크린 프린팅 공정, 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 단색 조명용 소자 및 퀀텀닷 디스플레이용 소자 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상술한 본 발명의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치와, 이 디스플레이장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 포함할 수 있다. 이때, 전자장치는 현재 또는 장래의 유무선 통신단말일 수 있으며, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기, PDA, 전자사전, PMP, 리모콘, 네비게이션, 게임기, 각종 TV, 각종 컴퓨터 등 모든 전자장치를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
<화학식 1>
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상기 화학식 1에서,
1) R1~R10은 서로 독립적으로 수소; 중수소; 삼중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 또는 이들의 조합이거나; 또는 이웃한 기끼리 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
2) R1 및 R4 중 적어도 하나는 -L1-NAr1Ar2이고,
3) R2, R3 및 R5~R10 중 적어도 하나는 -L2-NAr3Ar4이며,
4) L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기; 로 이루어진 군에서 선택되고,
5) Ar1~Ar4은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 또는 이들의 조합이거나; 또는 이웃한 기끼리 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
6) 상기 R1~R10, Ar1~Ar4, L1~L2 및 이웃한 기끼리 서로 결합하여 형성한 고리는 각각 중수소; 할로겐; C1~C30의 알킬기 또는 C6~C30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 아미노기; 니트로기; C1~C30의 알킬싸이오기; C1~C30의 알콕시기; C6~C30의 아릴알콕시기; C1~C30의 알킬기; C2~C30의 알켄일기; C2~C30의 알킨일기; C6~C30의 아릴기; 중수소로 치환된 C6~C30의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C30의 헤테로고리기; C3~C30의 지방족고리기; C7~C30의 아릴알킬기; C8~C30의 아릴알켄일기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 인접한 치환기끼리 고리를 형성할 수 있다.
상기 R1~R10 및 Ar1~Ar4가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C18의 아릴기, 예컨대 페닐, 바이페닐, 나프틸, 터페닐 등일 수 있다.
상기 R1~R10, Ar1~Ar4 및 L1~L2가 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C18의 헤테로고리기, 예컨대 다이벤조퓨란, 다이벤조싸이오펜, 나프토벤조싸이오펜, 나프토벤조퓨란 등일 수 있다.
상기 R1~R10 및 Ar1~Ar4가 플루오렌일기인 경우, 바람직하게는 9,9-다이메틸-9H-플루오렌, 9,9-다이페닐-9H-플루오렌일기, 9,9'-스파이로바이플루오렌 등일 수 있다.
상기 L1~L2가 아릴렌기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴렌기, 더욱 바람직하게는 C6~C18의 아릴렌기, 예컨대 페닐, 바이페닐, 나프틸, 터페닐 등일 수 있다.
상기 R1~R10가 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C10의 알킬기일 수 있고, 예컨대 메틸, t-부틸 등일 수 있다.
상기 R1~R10가 알콕실기인 경우, 바람직하게는 C1~C20의 알콕실기, 더욱 바람직하게는 C1~C10의 알콕실기, 예컨대 메톡시, t-부톡시 등일 수 있다.
상기 R1~R10, Ar1~Ar4 및 L1~L2의 이웃한 기끼리 서로 결합하여 형성된 고리는 C6~C60의 방향족고리기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 또는 C3~C60의 지방족고리기일 수 있으며, 예컨대, 이웃한 기끼리 서로 결합하여 방향족고리를 형성할 경우, 바람직하게는 C6~C20의 방향족고리, 더욱 바람직하게는 C6~C14의 방향족고리, 예컨대 벤젠, 나프탈렌, 페난트렌 등을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1이 하기 화학식 2 및 화학식 3 중 어느 하나로 표시될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
<화학식 2> <화학식 3>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000008
상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
상기 R1~R10, L1 및 Ar1~Ar2는 상기 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다.
또한 바람직하게는, 상기 화학식 1이 하기 화학식 4 내지 화학식 19 중 어느 하나로 표시될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
<화학식 4> <화학식 5> <화학식 6>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000009
<화학식 7> <화학식 8> <화학식 9>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000010
<화학식 10> <화학식 11>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000011
<화학식 12> <화학식 13> <화학식 14>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000012
<화학식 15> <화학식 16> <화학식 17>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000013
<화학식 18> <화학식 19>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000014
상기 화학식 4 내지 화학식 19에서,
상기 R1~R10, L1~L2 및 Ar1~Ar4는 상기 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다.
또한 바람직하게는, 상기 Ar1~Ar4가 서로 독립적으로 하기 화학식 20 내지 화학식 26 중 어느 하나로 표시될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
<화학식 20> <화학식 21> <화학식 22>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000015
<화학식 23> <화학식 24>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000016
<화학식 25> <화학식 26>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000017
상기 화학식 20 내지 화학식 26에서,
1) 상기 R11~R24는 서로 독립적으로 상기 제1항의 화학식 1에서 정의된 R1과 동일하고,
2) a, d, f, g, h, j 및 o는 서로 독립적으로 0~5의 정수이고; b는 0~7의 정수이고; c, k, m 및 n은 서로 독립적으로 0~4의 정수이고; e, i 및 l은 서로 독립적으로 0~3의 정수이다.
또한 바람직하게는, 상기 L1 및 L2가 서로 독립적으로 화학식 27 내지 화학식 35 중 어느 하나로 표시될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
<화학식 27> <화학식 28> <화학식 29> <화학식 30> <화학식 31>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000018
<화학식 32> <화학식 33> <화학식 34> <화학식 35>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000019
상기 화학식 27 내지 화학식 35에서,
1) 상기 R25~R37는 서로 독립적으로 상기 제1항의 화학식 1에서 정의된 R1과 동일하고,
2) v는 0~5의 정수이고; q, r, s 및 t는 서로 독립적으로 0~6의 정수이고; p, w, x 및 y는 서로 독립적으로 0~4의 정수이고; u, a1 및 b1은 서로 독립적으로 0~3의 정수이고; z는 0~2의 정수이다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 P1 내지 P120 중 하나일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000020
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000021
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000022
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000023
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000024
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000025
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000026
본 발명의 다른 구체예로서, 본 발명은 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전자소자를 제공하는 것이며, 상기 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독 또는 혼합하여 포함한다.
본 발명의 또 다른 구체예로서, 본 발명은 제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 유기물층; 및 캡핑층을 포함하는 유기전기소자를 제공하는 것이며, 상기 캡핑층은 상기 제1 전극 및 제2 전극의 양면 중에서 상기 유기물층과 접하지 않는 일면에 형성되며, 상기 유기물층 또는 캡핑층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독 또는 혼합하여 포함한다.
상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 유기물층에 포함된 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나의 층이 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유기물층은 상기 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 화합물은 상기 정공수송층 및 발광보조층, 발광층 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
상기 유기물층은 상기 양극 상에 순차적으로 형성된 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 스택을 둘 이상 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유기물층은 상기 둘 이상의 스택 사이에 형성된 전하생성층을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 구체예로서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치와 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 구체예에서, 상기 화학식 1의 화합물은 단독으로 포함되거나, 상기 화합물이 서로 다른 2종 이상의 조합으로 포함되거나, 상기 화합물이 다른 화합물과 2종 이상의 조합으로 포함될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<합성예>
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 최종화합물(final product)은 하기 반응식 1과 같이 합성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
(Hal1 및 Hal2는 서로 독립적으로 Br, I 또는 Cl)
<반응식 1>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000027
I. Core1의 합성
상기 반응식 1의 Core1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성되며, 이에 한정되는 것은 아니다. (Hal3은 I 또는 Br 이다.)
<반응식 2>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000028
1. Core1-1 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000029
4-bromo-3-chlorophenanthrene (20.0 g, 68.59 mmol)을 둥근바닥 플라스크에 톨루엔(229 mL)으로 녹인 후에, diphenylamine (10.5 g, 61.73 mmol), Pd2(dba)3 (1.26 g, 1.37 mmol), P(t-Bu)3 (0.56 ml, 2.74 mmol) 및 NaOt-Bu (13.2 g, 137.2 mmol)을 첨가하고, 60℃에서 교반하였다. 반응이 완료되면, CH2Cl2와 물로 추출한 후, 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후, 생성된 화합물을 실리카겔 컬럼 및 재결정하여 생성물 21.8 g (수율 84%)를 얻었다.
2. Core1-23 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000030
4-bromo-5-(8-chloronaphthalen-1-yl)phenanthrene (20.0 g, 47.8 mmol), diphenylamine (7.3 g, 43.1 mmol), Pd2(dba)3 (0.88 g, 0.96 mmol), P(t-Bu)3 (0.39 ml, 1.92 mmol) 및 NaOt-Bu (9.2 g, 95.8 mmol)을 상기 Core1-1의 합성예에 따라 합성하여 생성물 18.9 g (수율 78%) 얻었다.
3. Core1-33 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000031
2-(4-bromophenanthren-2-yl)-7-chlorodibenzo[b,d]thiophene (20.0 g, 42.21 mmol), diphenylamine (6.4 g, 37.9 mmol), Pd2(dba)3 (0.77 g, 0.84 mmol), P(t-Bu)3 (0.34 ml, 1.69 mmol) 및 NaOt-Bu (8.1 g, 84.42 mmol)을 상기 Core1-1의 합성예에 따라 합성하여 생성물 19.2 g (수율 81%) 얻었다.
4. Core1-48 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000032
4-(2-bromophenyl)-3-chlorophenanthrene (20.0 g, 54.40 mmol), N-phenyldibenzo[b,d]thiophen-3-amine (13.5 g, 48.96 mmol), Pd2(dba)3 (1.0 g, 1.09 mmol), P(t-Bu)3 (0.44 ml, 2.18 mmol) 및 NaOt-Bu (10.5 g, 108.79 mmol)을 상기 Core1-1의 합성예에 따라 합성하여 생성물 22.3 g (수율 73%) 얻었다.
5. Core1-70 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000033
4-(2-bromophenyl)-3-chlorophenanthrene (20.0 g, 41.34 mmol), diphenylamine (6.30 g, 37.20 mmol), Pd2(dba)3 (0.76 g, 0.83 mmol), P(t-Bu)3 (0.33 ml, 1.65 mmol) 및 NaOt-Bu (7.95 g, 82.67 mmol)을 상기 Core1-1의 합성예에 따라 합성하여 생성물 17.5 g (수율 74%) 얻었다.
6. Core1-86 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000034
1-bromo-6-(4-chlorophenyl)phenanthrene (20.0 g, 54.40 mmol), diphenylamine (8.3 g, 48.96 mmol), Pd2(dba)3 (1.0 g, 1.09 mmol), P(t-Bu)3 (0.44 ml, 2.18 mmol) 및 NaOt-Bu (10.5 g, 108.79 mmol)을 상기 Core1-1의 합성예에 따라 합성하여 생성물 20.34 g (수율 82%) 얻었다.
7. Core1-99 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000035
1-4-bromo-9-chlorophenanthrene-2-carbonitrile (20.0 g, 63.18 mmol), diphenylamine (9.61 g, 58.86 mmol), Pd2(dba)3 (1.16 g, 1.26 mmol), P(t-Bu)3 (0.51 ml, 2.53 mmol) 및 NaOt-Bu (12.1 g, 126.35 mmol)을 상기 Core1-1의 합성예에 따라 합성하여 생성물 20.72 g (수율 81%) 얻었다.
한편, Core 1에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000036
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000037
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000038
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000039
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000040
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000041
아래 표 1은 Core 1에 속하는 화합물의 FD-MS(Field Desorption-Mass Spectrometry) 값을 나타낸 것이다.
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
Core1-1 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11) Core1-2 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11)
Core1-3 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11) Core1-4 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11)
Core1-5 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11) Core1-6 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11)
Core1-7 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11) Core1-8 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-9 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-10 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-11 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-12 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-13 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-14 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-15 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-16 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-17 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-18 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-19 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-20 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-21 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-22 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-23 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-24 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-25 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-26 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-27 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-28 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-29 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-30 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-31 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-32 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-33 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13) Core1-34 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-35 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13) Core1-36 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15)
Core1-37 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-38 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15)
Core1-39 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-40 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-41 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13) Core1-42 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-43 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13) Core1-44 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15)
Core1-45 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-46 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15)
Core1-47 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-48 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-49 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-50 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-51 m/z=532.08(C38H26ClN=531.18) Core1-52 m/z=582.14(C42H28ClN=581.19)
Core1-53 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-54 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-55 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-56 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-57 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-58 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-59 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-60 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-61 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-62 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16)
Core1-63 m/z=506.05(C36H24ClN=505.16) Core1-64 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-65 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-66 m/z=572.15(C41H30ClN=571.21)
Core1-67 m/z=621.18(C44H29ClN2=620.2) Core1-68 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-69 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-70 m/z=572.15(C41H30ClN=571.21)
Core1-71 m/z=621.18(C44H29ClN2=620.2) Core1-72 m/z=486.03(C32H20ClNS=485.1)
Core1-73 m/z=469.97(C32H20ClNO=469.12) Core1-74 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-75 m/z=496.05(C35H26ClN=495.18) Core1-76 m/z=590.21(C42H36ClN=589.25)
Core1-77 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11) Core1-78 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11)
Core1-79 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11) Core1-80 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-81 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-82 m/z=532.08(C38H26ClN=531.18)
Core1-83 m/z=572.15(C41H30ClN=571.21) Core1-84 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-85 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-86 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-87 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-88 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-89 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-90 m/z=572.15(C41H30ClN=571.21)
Core1-91 m/z=621.18(C44H29ClN2=620.2) Core1-92 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-93 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-94 m/z=572.15(C41H30ClN=571.21)
Core1-95 m/z=621.18(C44H29ClN2=620.2) Core1-96 m/z=393.91(C27H20ClN=393.13)
Core1-97 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-98 m/z=397.88(C26H17ClFN=397.1)
Core1-99 m/z=404.9(C27H17ClN2=404.11) Core1-100 m/z=471.98(C32H22ClNO=471.14)
Core1-101 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15) Core1-102 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
Core1-103 m/z=429.95(C30H20ClN=429.13) Core1-104 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-105 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14) Core1-106 m/z=480.01(C34H22ClN=479.14)
Core1-107 m/z=480.01(C34H22ClN=479.14) Core1-108 m/z=455.99(C32H22ClN=455.14)
Core1-109 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13) Core1-110 m/z=546.07(C38H24ClNO=545.15)
Core1-111 m/z=379.89(C26H18ClN=379.11) Core1-112 m/z=634.18(C45H28ClNO=633.19)
Core1-113 m/z=562.13(C38H24ClNS=561.13)
II. Sub 1의 합성
상기 반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 3의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. (X는 I, Br 또는 Cl이다.)
<반응식 3>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000042
1. Sub1-34 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000043
1-chloro-9,9-diphenyl-9H-fluorene (17.0 g, 48.18 mmol)을 둥근바닥 플라스크에 톨루엔 (161 mL)으로 녹인 후에, 아닐린 (5.38 g, 57.81 mmol), Pd2(dba)3 (0.88 g, 0.96 mmol), P(t-Bu)3 (0.39 g, 1.93 mmol) 및 NaOt-Bu (9.3 g, 96.36 mmol)을 첨가하고, 120℃에서 교반하였다. 반응이 완료되면, CH2Cl2와 물로 추출한 후, 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후, 생성된 화합물을 실리카겔 컬럼 및 재결정하여 생성물 15.2 g (수율 77%)를 얻었다.
2. Sub1-35 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000044
2-bromonaphthalene (25.0 g, 120.37 mmol), 아닐린 (13.45 g, 144.44 mmol), Pd2(dba)3 (2.20 g, 2.41 mmol), P(t-Bu)3 (0.97 ml, 4.81 mmol) 및 NaOt-Bu (23.14 g, 240.73 mmol)을 상기 Sub1-34의 합성예에 따라 합성하여 생성물 20.0 g (수율 76%) 얻었다.
3. Sub1-39 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000045
9-bromophenanthrene (22.0 g, 85.55 mmol), 아닐린 (9.56 g, 102.67 mmol), Pd2(dba)3 (1.57 g, 1.71 mmol), P(t-Bu)3 (0.69 ml, 3.42 mmol) 및 NaOt-Bu (16.45 g, 171.12 mmol)을 상기 Sub1-34의 합성예에 따라 합성하여 생성물 15.9 g (수율 69%) 얻었다.
4. Sub1-43 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000046
4-chloro-1-phenyldibenzo[b,d]thiophene (23.0 g, 78.02 mmol), 아닐린 (8.72 g, 93.62 mmol), Pd2(dba)3 (1.43 g, 1.56 mmol), P(t-Bu)3 (0.63 g, 3.12 mmol) 및 NaOt-Bu (15.0 g, 156.04 mmol)을 상기 Sub1-34의 합성예에 따라 합성하여 생성물 20.2 g (수율 74%) 얻었다.
5. Sub1-44 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000047
7-chloro-1-phenyldibenzo[b,d]thiophene (26.0 g, 88.20 mmol), 아닐린 (9.86 g, 105.83 mmol), Pd2(dba)3 (1.62 g, 1.76 mmol), P(t-Bu)3 (0.71 g, 3.53 mmol) 및 NaOt-Bu (16.95 g, 176.39 mmol)을 상기 Sub1-34의 합성예에 따라 합성하여 생성물 24.8 g (수율 80%) 얻었다.
한편, Sub 1에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000048
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000049
아래 표 2는 Sub 1에 속하는 화합물의 FD-MS(Field Desorption-Mass Spectrometry) 값을 나타낸 것이다.
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
Sub1-1 m/z=169.23(C12H11N=169.09) Sub1-2 m/z=275.37(C18H13NS=275.08)
Sub1-3 m/z=259.31(C18H13NO=259.1) Sub1-4 m/z=285.39(C21H19N=285.15)
Sub1-5 m/z=269.35(C20H15N=269.12) Sub1-6 m/z=409.53(C31H23N=409.18)
Sub1-7 m/z=423.52(C31H21NO=423.16) Sub1-8 m/z=269.35(C20H15N=269.12)
Sub1-9 m/z=275.37(C18H13NS=275.08) Sub1-10 m/z=259.31(C18H13NO=259.1)
Sub1-11 m/z=334.42(C24H18N2=334.15) Sub1-12 m/z=334.42(C24H18N2=334.15)
Sub1-13 m/z=336.44(C24H20N2=336.16) Sub1-14 m/z=421.54(C32H23N=421.18)
Sub1-15 m/z=335.41(C24H17NO=335.13) Sub1-16 m/z=259.31(C18H13NO=259.1)
Sub1-17 m/z=295.39(C22H17N=295.14) Sub1-18 m/z=423.52(C31H21NO=423.16)
Sub1-19 m/z=303.45(C22H25N=303.2) Sub1-20 m/z=261.37(C19H19N=261.15)
Sub1-21 m/z=250.36(C18H10D5N=250.15) Sub1-22 m/z=245.33(C18H15N=245.12)
Sub1-23 m/z=285.39(C21H19N=285.15) Sub1-24 m/z=351.47(C24H17NS=351.11)
Sub1-25 m/z=335.41(C24H17NO=335.13) Sub1-26 m/z=409.53(C31H23N=409.18)
Sub1-27 m/z=409.53(C31H23N=409.18) Sub1-28 m/z=379.55(C28H29N=379.23)
Sub1-29 m/z=351.47(C24H17NS=351.11) Sub1-30 m/z=337.47(C25H23N=337.18)
Sub1-31 m/z=321.42(C24H19N=321.15) Sub1-32 m/z=326.45(C24H14D5N=326.18)
Sub1-33 m/z=299.37(C21H17NO=299.13) Sub1-34 m/z=409.53(C31H23N=409.18)
Sub1-35 m/z=219.29(C16H13N=219.1) Sub1-36 m/z=219.29(C16H13N=219.1)
Sub1-37 m/z=245.33(C18H15N=245.12) Sub1-38 m/z=245.33(C18H15N=245.12)
Sub1-39 m/z=269.35(C20H15N=269.12) Sub1-40 m/z=309.37(C22H15NO=309.12)
Sub1-41 m/z=269.35(C20H15N=269.12) Sub1-42 m/z=295.39(C22H17N=295.14)
Sub1-43 m/z=351.47(C24H17NS=351.11) Sub1-44 m/z=351.47(C24H17NS=351.11)
Sub1-45 m/z=335.41(C24H17NO=335.13) Sub1-46 m/z=361.49(C27H23N=361.18)
Sub1-47 m/z=335.41(C24H17NO=335.13)
III. 최종화합물 합성 예시
1. P24 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000050
Core1-23 (15.0 g, 29.62 mmol)을 둥근바닥 플라스크에 톨루엔 (99 mL)으로 녹인 후에, Sub1-21 (7.41 g, 29.62 mmol), Pd2(dba)3 (0.54 g, 0.59 mmol), P(t-Bu)3 (0.24 ml, 1.18 mmol) 및 NaOt-Bu (5.69 g, 59.23 mmol)을 첨가하고 환류하였다. 반응이 완료되면, CH2Cl2와 물로 추출한 후, 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후, 생성된 화합물을 실리카겔 컬럼 및 재결정하여 생성물 14.07 g (수율 66%)를 얻었다.
2. P31 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000051
Core1-30 (16.0 g, 31.59 mmol), Sub1-1 (5.35 g, 31.59 mmol), Pd2(dba)3 (0.58 g, 0.63 mmol), P(t-Bu)3 (0.26 ml, 1.26 mmol) 및 NaOt-Bu (6.07 g, 63.18 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 14.53 g (수율 72%) 얻었다.
3. P38 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000052
Core1-37 (13.0 g, 23.81 mmol), Sub1-1 (4.03 g, 23.81 mmol), Pd2(dba)3 (0.44 g, 0.48 mmol), P(t-Bu)3 (0.19 ml, 0.95 mmol) 및 NaOt-Bu (4.58 g, 47.61 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 10.50 g (수율 65%) 얻었다.
4. P40 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000053
Core1-39 (12.0 g, 21.98 mmol), Sub1-1 (3.72 g, 21.98 mmol), Pd2(dba)3 (0.40 g, 0.44 mmol), P(t-Bu)3 (0.18 ml, 0.88 mmol) 및 NaOt-Bu (4.22 g, 43.95 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 10.29 g (수율 69%) 얻었다.
5. P42 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000054
Core1-41 (14.0 g, 24.91 mmol), Sub1-1 (4.21 g, 24.91mmol), Pd2(dba)3 (0.46 g, 0.50 mmol), P(t-Bu)3 (0.20 ml, 1.00 mmol) 및 NaOt-Bu (4.79 g, 49.81 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 10.90 g (수율 63%) 얻었다.
6. P44 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000055
Core1-43 (13.0 g, 23.13 mmol), Sub1-1 (3.91 g, 23.13 mmol), Pd2(dba)3 (0.42 g, 0.46 mmol), P(t-Bu)3 (0.19 ml, 0.93 mmol) 및 NaOt-Bu (4.45 g, 46.25 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 9.48 g (수율 59%) 얻었다.
7. P55 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000056
Core1-54 (14.0 g, 30.70 mmol), Sub1-26 (12.57 g, 30.70 mmol), Pd2(dba)3 (0.56 g, 0.61 mmol), P(t-Bu)3 (0.25 ml, 1.23 mmol) 및 NaOt-Bu (5.90 g, 61.40 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 14.00 g (수율 55%) 얻었다.
8. P79 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000057
Core1-78 (11.0 g, 28.96 mmol), Sub1-31 (9.31 g, 28.96 mmol), Pd2(dba)3 (0.53 g, 0.58 mmol), P(t-Bu)3 (0.23 ml, 1.16 mmol) 및 NaOt-Bu (5.57 g, 57.91 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 11.94 g (수율 61%) 얻었다.
9. P87 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000058
Core1-86 (10.0 g, 21.93 mmol), Sub1-31 (7.05 g, 21.93 mmol), Pd2(dba)3 (0.40 g, 0.44 mmol), P(t-Bu)3 (0.18 ml, 0.88 mmol) 및 NaOt-Bu (4.22 g, 43.86 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 10.89 g (수율 67%) 얻었다.
10. P14 합성예
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000059
Core1-2 (13.0 g, 34.31 mmol), Sub1-44 (12.6 g, 34.31 mmol), Pd2(dba)3 (0.63 g, 0.69 mmol), P(t-Bu)3 (0.28 ml, 1.37 mmol) 및 NaOt-Bu (6.60 g, 68.62 mmol)을 상기 P24의 합성예에 따라 합성하여 생성물 16.93 g (수율 71%) 얻었다.
한편, 상기와 같은 합성예에 따라 제조된 본 발명의 화합물 P1 내지 P120의 FD-MS 값은 하기 표 3과 같다.
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
P1 m/z=512.66(C38H28N2=512.23) P2 m/z=618.8(C44H30N2S=618.21)
P3 m/z=602.74(C44H30N2O=602.24) P4 m/z=628.82(C47H36N2=628.29)
P5 m/z=612.78(C46H32N2=612.26) P6 m/z=752.96(C57H40N2=752.32)
P7 m/z=752.96(C57H40N2=752.32) P8 m/z=512.66(C38H28N2=512.23)
P9 m/z=588.75(C44H32N2=588.26) P10 m/z=688.87(C52H36N2=688.29)
P11 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P12 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P13 m/z=753.95(C56H39N3=753.31) P14 m/z=753.95(C56H39N3=753.31)
P15 m/z=755.97(C56H41N3=755.33) P16 m/z=841.07(C64H44N2=840.35)
P17 m/z=714.91(C54H38N2=714.3) P18 m/z=744.96(C54H36N2S=744.26)
P19 m/z=728.9(C54H36N2O=728.28) P20 m/z=764.97(C58H40N2=764.32)
P21 m/z=688.87(C52H36N2=688.29) P22 m/z=773.04(C58H48N2=772.38)
P23 m/z=730.96(C55H42N2=730.33) P24 m/z=719.94(C54H33D5N2=719.33)
P25 m/z=744.96(C54H36N2S=744.26) P26 m/z=714.91(C54H38N2=714.3)
P27 m/z=638.81(C48H34N2=638.27) P28 m/z=728.9(C54H36N2O=728.28)
P29 m/z=754.98(C57H42N2=754.33) P30 m/z=638.81(C48H34N2=638.27)
P31 m/z=638.81(C48H34N2=638.27) P32 m/z=638.81(C48H34N2=638.27)
P33 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P34 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24)
P35 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P36 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24)
P37 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27) P38 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P39 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27) P40 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P41 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P42 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24)
P43 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P44 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24)
P45 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27) P46 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P47 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27) P48 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P49 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P50 m/z=754.93(C56H38N2O=754.3)
P51 m/z=770.99(C56H38N2S=770.28) P52 m/z=831.03(C62H42N2O=830.33)
P53 m/z=804.99(C60H40N2O=804.31) P54 m/z=704.92(C53H40N2=704.32)
P55 m/z=829.06(C63H44N2=828.35) P56 m/z=829.06(C63H44N2=828.35)
P57 m/z=638.81(C48H34N2=638.27) P58 m/z=714.91(C54H38N2=714.3)
P59 m/z=821.05(C60H40N2S=820.29) P60 m/z=804.99(C60H40N2O=804.31)
P61 m/z=728.9(C54H36N2O=728.28) P62 m/z=754.98(C57H42N2=754.33)
P63 m/z=879.12(C67H46N2=878.37) P64 m/z=879.12(C67H46N2=878.37)
P65 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P66 m/z=754.93(C56H38N2O=754.3)
P67 m/z=887.16(C65H46N2S=886.34) P68 m/z=920.13(C68H45N3O=919.36)
P69 m/z=784.98(C56H36N2OS=784.25) P70 m/z=795(C59H42N2O=794.33)
P71 m/z=945.22(C72H52N2=944.41) P72 m/z=994.25(C75H51N3=993.41)
P73 m/z=618.8(C44H30N2S=618.21) P74 m/z=602.74(C44H30N2O=602.24)
P75 m/z=588.75(C44H32N2=588.26) P76 m/z=628.82(C47H36N2=628.29)
P77 m/z=722.98(C54H46N2=722.37) P78 m/z=680.9(C51H40N2=680.32)
P79 m/z=664.85(C50H36N2=664.29) P80 m/z=669.88(C50H31D5N2=669.32)
P81 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P82 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P83 m/z=664.85(C50H36N2=664.29) P84 m/z=704.92(C53H40N2=704.32)
P85 m/z=799.07(C60H50N2=798.4) P86 m/z=756.99(C57H44N2=756.35)
P87 m/z=740.95(C56H40N2=740.32) P88 m/z=745.98(C56H35D5N2=745.35)
P89 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P90 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P91 m/z=704.92(C53H40N2=704.32) P92 m/z=753.95(C56H39N3=753.31)
P93 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P94 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27)
P95 m/z=704.92(C53H40N2=704.32) P96 m/z=753.95(C56H39N3=753.31)
P97 m/z=526.68(C39H30N2=526.24) P98 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24)
P99 m/z=620.73(C44H29FN2O=620.23) P100 m/z=653.83(C48H35N3=653.28)
P101 m/z=642.8(C47H34N2O=642.27) P102 m/z=845.06(C63H44N2O=844.35)
P103 m/z=919.14(C69H46N2O=918.36) P104 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24)
P105 m/z=562.72(C42H30N2=562.24) P106 m/z=668.86(C48H32N2S=668.23)
P107 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27) P108 m/z=704.92(C53H40N2=704.32)
P109 m/z=712.9(C54H36N2=712.29) P110 m/z=853.08(C65H44N2=852.35)
P111 m/z=829.06(C63H44N2=828.35) P112 m/z=638.81(C48H34N2=638.27)
P113 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24) P114 m/z=694.9(C50H34N2S=694.24)
P115 m/z=678.84(C50H34N2O=678.27) P116 m/z=704.92(C53H40N2=704.32)
P117 m/z=778.96(C58H38N2O=778.3) P118 m/z=766.94(C57H38N2O=766.3)
P119 m/z=933.12(C69H44N2O2=932.34) P120 m/z=835.04(C60H38N2OS=834.27)
유기전기소자의 제조평가
(실시예 1) 적색 유기발광소자 (발광보조층)
본 발명의 화합물을 발광보조층의 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기 발광소자를 제작하였다.
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 4,4',4''-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (이하, 2-TNATA)를 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성하였다.
상기 정공주입층 위에 정공수송 화합물로서 N, N'-Bis(1-naphthalenyl)-N, N'-bis-phenyl-(1, 1'-Biphenyl)-4, 4'-diamine (이하, NPB)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다.
상기 정공수송층 위에 발공보조층 재료로서 본 발명의 화합물 P1을 20nm의 두께로 진공증착하여 발광보조층을 형성하였다.
상기 발광보조층 상부에 호스트 물질로서 4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl (이하, CBP)를 사용하고, 도판트 물질로서는 bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate (이하, (piq)2Ir(acac))을 사용하여, 95:5 중량비로 도핑함으로써 30nm 두께의 발광층을 증착하였다.
상기 발광층 상에 (1,1'-biphenyl-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum (이하, BAlq)를 5 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하였다.
상기 정공저지층 상에 bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium (이하, BeBq2)을 40 nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다.
이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
(실시예 2) 내지 (실시예 18)
상기 발광보조층의 물질로 본 발명의 화합물 P1 대신 하기 표 4에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기 발광소자를 제작하였다.
(비교예 1)
상기 발광보조층 물질로 본 발명의 화합물 P1 대신 하기 비교화합물 A를 사용한 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교화합물 A>
Figure PCTKR2022014127-appb-img-000060
상기 실시예 1~18 및 비교예 1에 따라 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 2500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표 4는 상기 제조된 소자 및 평가 결과를 나타낸다.
화합물 구동 전압 (V) 전류밀도 (mA/cm2) 휘도 (cd/m2) 효율 (cd/A) T(95) CIE
x y
비교예(1) 비교화합물 A 5.3 14.9 2500.0 16.8 88.3 0.63 0.33
실시예(1) 화합물(P2) 4.8 11.0 2500.0 22.8 106.7 0.65 0.31
실시예(2) 화합물(P3) 4.7 10.1 2500.0 24.8 115.2 0.62 0.32
실시예(3) 화합물(P4) 4.7 10.2 2500.0 24.4 114.1 0.63 0.34
실시예(4) 화합물(P8) 4.8 10.5 2500.0 23.9 111.9 0.60 0.35
실시예(5) 화합물(P11) 4.7 10.3 2500.0 24.2 114.0 0.63 0.30
실시예(6) 화합물(P12) 4.8 10.1 2500.0 24.6 115.3 0.63 0.31
실시예(7) 화합물(P18) 4.9 11.2 2500.0 22.4 104.7 0.62 0.32
실시예(8) 화합물(P35) 4.9 10.8 2500.0 23.1 107.6 0.62 0.33
실시예(9) 화합물(P52) 4.8 10.1 2500.0 24.7 115.5 0.60 0.31
실시예(10) 화합물(P66) 5.0 11.6 2500.0 21.5 100.6 0.63 0.31
실시예(11) 화합물(P73) 4.8 11.0 2500.0 22.8 106.8 0.62 0.31
실시예(12) 화합물(P76) 4.8 10.5 2500.0 23.7 111.0 0.63 0.35
실시예(13) 화합물(P79) 4.9 11.3 2500.0 22.1 103.0 0.61 0.34
실시예(14) 화합물(P81) 4.9 11.1 2500.0 22.6 105.7 0.63 0.33
실시예(15) 화합물(P87) 5.0 11.4 2500.0 21.9 102.6 0.65 0.33
실시예(16) 화합물(P109) 4.9 11.2 2500.0 22.3 103.3 0.64 0.31
실시예(17) 화합물(P112) 4.9 11.2 2500.0 22.4 103.6 0.60 0.35
실시예(18) 화합물(P117) 4.9 10.9 2500.0 23.0 107.8 0.63 0.32
상기 표 4를 살펴보면, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 발광보조층 재료로 사용하여 적색유기전기발광소자를 제작한 경우, 비교화합물 A를 사용한 비교예 1보다 유기전기발광소자의 구동전압, 발광 효율 및 수명이 현저히 향상되었다.
이러한 결과는 비교화합물 A와 본 발명의 화합물 같이 분자가 구성되는 기본골격이 유사한 화합물일지라도, 치환기의 종류 및 아민기의 치환 위치에 따라 정공 특성, 광효율 특성, 에너지 레벨(HOMO, LUMO), 정공 주입 및 이동도 특성, 정공과 전자의 전하밸런스 등과 같은 화합물의 특성이 달라질 수 있으며, 이로 인해 소자의 결과가 예측하기 어려울 만큼 현저하게 도출될 수 있음을 시사하고 있다.
발광보조층의 경우에는 정공수송층과 발광층(호스트)과의 상호관계를 파악해야 하는바, 유사한 코어를 사용하더라도 본 발명의 화합물이 사용된 발광보조층에서 나타내는 특징을 유추하는 것은 통상의 기술자라 하더라도 매우 어려울 것이다.
전술한 소자 제작의 평가 결과에서 본 발명의 화합물을 발광보조층 중 한 층에만 적용한 소자 특성을 설명하였으나, 본 발명의 화합물을 정공수송층 또는 정공수송층과 발광보조층 모두를 형성한 경우에도 적용될 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다른 화합물을 포함하여 성능을 개선시키는 방법 등 다양한 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내의 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
100, 200, 300: 유기전기소자 110: 제1 전극
120: 정공주입층 130: 정공수송층
140: 발광층 150: 전자수송층
160: 전자주입층 170: 제2 전극
180: 캡핑층 210: 버퍼층
220: 발광보조층 320: 제1 정공주입층
330: 제1 정공수송층 340: 제1 발광층
350: 제1 전자수송층 360: 제1 전하생성층
361: 제2 전하생성층 420: 제2 정공주입층
430: 제2 정공수송층 440: 제2 발광층
450: 제2 전자수송층 CGL: 전하생성층
ST1: 제1 스택 ST2: 제2 스택

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    <화학식 1>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000061
    상기 화학식 1에서,
    1) R1~R10은 서로 독립적으로 수소; 중수소; 삼중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 또는 이들의 조합이거나; 또는 이웃한 기끼리 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    2) R1 및 R4 중 적어도 하나는 -L1-NAr1Ar2이고,
    3) R2, R3 및 R5~R10 중 적어도 하나는 -L2-NAr3Ar4이며,
    4) L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기; 로 이루어진 군에서 선택되고,
    5) Ar1~Ar4은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 또는 이들의 조합이거나; 또는 이웃한 기끼리 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    6) 상기 R1~R10, Ar1~Ar4, L1~L2 및 이웃한 기끼리 서로 결합하여 형성한 고리는 각각 중수소; 할로겐; C1~C30의 알킬기 또는 C6~C30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 아미노기; 니트로기; C1~C30의 알킬싸이오기; C1~C30의 알콕시기; C6~C30의 아릴알콕시기; C1~C30의 알킬기; C2~C30의 알켄일기; C2~C30의 알킨일기; C6~C30의 아릴기; 중수소로 치환된 C6~C30의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C30의 헤테로고리기; C3~C30의 지방족고리기; C7~C30의 아릴알킬기; C8~C30의 아릴알켄일기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있고, 인접한 치환기끼리 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1이 하기 화학식 2 및 화학식 3 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 2> <화학식 3>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000062
    상기 화학식 2 및 화학식 3에서,
    상기 R1~R10, L1 및 Ar1~Ar2는 상기 제1항의 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1이 하기 화학식 4 내지 화학식 19 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 4> <화학식 5> <화학식 6>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000063
    <화학식 7> <화학식 8> <화학식 9>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000064
    <화학식 10> <화학식 11>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000065
    <화학식 12> <화학식 13> <화학식 14>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000066
    <화학식 15> <화학식 16> <화학식 17>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000067
    <화학식 18> <화학식 19>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000068
    상기 화학식 4 내지 화학식 19에서,
    상기 R1~R10, L1~L2 및 Ar1~Ar4는 상기 제1항의 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 Ar1~Ar4가 서로 독립적으로 하기 화학식 20 내지 화학식 26 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 20> <화학식 21> <화학식 22>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000069
    <화학식 23> <화학식 24>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000070
    <화학식 25> <화학식 26>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000071
    상기 화학식 20 내지 화학식 26에서,
    1) 상기 R11~R24는 서로 독립적으로 상기 제1항의 화학식 1에서 정의된 R1과 동일하고,
    2) a, d, f, g, h, j 및 o는 서로 독립적으로 0~5의 정수이고; b는 0~7의 정수이고; c, k, m 및 n은 서로 독립적으로 0~4의 정수이고; e, i 및 l은 서로 독립적으로 0~3의 정수이다.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 L1 및 L2가 서로 독립적으로 화학식 27 내지 화학식 35 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 27> <화학식 28> <화학식 29> <화학식 30> <화학식 31>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000072
    <화학식 32> <화학식 33> <화학식 34> <화학식 35>
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000073
    상기 화학식 27 내지 화학식 35에서,
    1) 상기 R25~R37는 서로 독립적으로 상기 제1항의 화학식 1에서 정의된 R1과 동일하고,
    2) v는 0~5의 정수이고; q, r, s 및 t는 서로 독립적으로 0~6의 정수이고; p, w, x 및 y는 서로 독립적으로 0~4의 정수이고; u, a1 및 b1은 서로 독립적으로 0~3의 정수이고; z는 0~2의 정수이다.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 P1 내지 P120 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000074
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000075
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000076
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000077
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000078
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000079
    Figure PCTKR2022014127-appb-img-000080
  7. 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 유기물층을 포함하고,
    상기 유기물층은 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독 또는 혼합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  8. 제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 유기물층; 및 캡핑층을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
    상기 캡핑층은 상기 제1 전극 및 제2 전극의 양면 중에서 상기 유기물층과 접하지 않는 일면에 형성되며,
    상기 유기물층 또는 캡핑층은 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독 또는 혼합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기물층은 상기 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 유기물층은 상기 양극 상에 순차적으로 형성된 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 스택을 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유기물층은 상기 둘 이상의 스택 사이에 형성된 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  13. 제 7 항 또는 제 8 항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 단색 조명용 소자 및 퀀텀닷 디스플레이용 소자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자장치.
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JOU JWO-HUEI, WU RI-ZHONG, YU HUI-HUAN, LI CHIEH-JU, JOU YUNG-CHENG, PENG SHIANG-HAU, CHEN YU-LIN, CHEN CHIEN-TIEN, SHEN SHIH-MING: "Artificial Dusk-Light Based on Organic Light Emitting Diodes", ACS PHOTONICS, vol. 1, no. 1, 15 January 2014 (2014-01-15), pages 27 - 31, XP093062789, ISSN: 2330-4022, DOI: 10.1021/ph400007w *

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