KR20200092874A - 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자{COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 1월 25일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2019-0009968호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
유기발광소자란 유기 반도체 물질을 이용한 발광소자로서, 전극과 유기 반도체 물질 사이에서의 정공 및/또는 전자의 교류를 필요로 한다. 유기발광소자는 동작 원리에 따라 하기와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 엑시톤(exiton)이 형성되고, 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되고, 이 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 발광소자이다. 둘째는 2개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 전극과 계면을 이루는 유기 반도체 물질층에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 작동하는 형태의 발광소자이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기발광소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자억제층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기발광소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이러한 유기 발광 소자는 자발광, 고휘도, 고효율, 낮은 구동 전압, 넓은 시야각, 높은 콘트라스트 등의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
유기발광소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하 수송 재료, 예컨대 정공 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 억제 물질, 전자 수송 재료, 전자 주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료가 있다.
또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 재료로서 호스트/도펀트 계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 주로 구성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작고 발광 효율이 우수한 도펀트를 발광층에 소량 혼합하면, 호스트에서 발생한 엑시톤이 도펀트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이 때 호스트의 파장이 도펀트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도펀트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
전술한 유기발광소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 발광 물질, 전자 억제 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되므로 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
본 명세서에는 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자가 기재된다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고,
r1은 0 내지 6의 정수이며,
r2 내지 r4는 각각 0 내지 4의 정수이고,
r5은 0 내지 2의 정수이며,
r1 내지 r5가 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하고,
n 및 m은 각각 0 또는 1이며,
n+m=1이고,
n이 1인 경우 X1은 직접결합이며,
m이 1인 경우 X2는 직접결합이다.
또 하나의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상이 전술한 화합물을 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기발광소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 효율의 향상이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 수명 특성의 향상이 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따르는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서의 다른 실시상태에 따르는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.
이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 효율의 향상이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 수명 특성의 향상이 가능하다.
본원 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자 받개 역할을 하는 퀴녹살린 유닛과 전자 주개 역할을 하는 벤조인돌로카바졸 유닛으로 구성되어 있다. 성질이 전혀 다른 두 유닛이 직접 결합되어 있기 때문에 분자 내부에서 전하를 주고 받아 밴드갭이 작아진다.
또한, 벤조인돌로카바졸 유닛은 나프탈렌 고리를 포함하고 있는데 이로 인해 삼중항 에너지가 낮아지고, 결과적으로 일중항 에너지, 삼중항 에너지가 모두 작아 적색 도펀트로의 에너지 전달에 유리하여 적색 발광층의 호스트로 활용하기 적절하다.
특히, 퀴녹살린과 연결되는 질소의 옆 고리에 삼중항 상태를 안정화시키는 나프탈렌 고리가 위치함으로써 퀴녹살린과 벤조인돌로카바졸 사이의 내부 전하 이동을 보다 안정화시킨다. 또한 벤조인돌로카바졸 유닛 내부의 두 질소가 서로 파라(para) 위치에 위치하고 있어 전자를 밀어주는 효과가 극대화되며 이 경우, HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 높아져 정공이 도펀트로 트랩되는 것을 방지하고 정공 수송 능력이 우수해진다.
또한, 퀴녹살린 유닛을 기준으로 Ar 유닛과 고리가 축합된 카바졸 유닛이 오르쏘(ortho) 위치에 치환되어 있어 서로 구조 방해에 의해 마주보게 되는데 둘 사이의 파이-파이 상호작용으로 구조가 더 안정화되어 장수명의 특성을 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 “치환” 이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 “치환 또는 비치환된” 이라는 용어는 중수소(-D); 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 실릴기; 붕소기; 알콕시기; 알킬기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, “2 이상의 치환기가 연결된 치환기”는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소(-F), 염소(-Cl), 브롬(-Br) 또는 요오드(-I)가 있다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiYaYbYc의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Ya, Yb 및 Yc는 각각 수소; 중수소; 할로겐; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기일 수 있다. 상기 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, tert-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BYdYe의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Yd 및 Ye는 각각 수소; 중수소; 할로겐; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기일 수 있다. 상기 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, tert-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-프로필기, 이소프로필기, 부틸기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, n-펜틸기, 헥실기, n-헥실기, 헵틸기, n-헵틸기, 옥틸기, n-옥틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 30인 것이 바람직하다. 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, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 기재된 알킬기, 알콕시기 및 그 외 알킬기 부분을 포함하는 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함한다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 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 20이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 트리페닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 트리페닐레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오렌기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다.
상기 플루오렌기가 치환되는 경우,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
등의 스피로플루오렌기,
Figure pat00004
(9,9-디메틸플루오렌기), 및
Figure pat00005
(9,9-디페닐플루오렌기) 등의 치환된 플루오렌기가 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, P, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로고리기의 탄소수는 2 내지 20이다. 헤테로 고리기의 예로는 예로는 피리딘기, 피롤기, 피리미딘기, 퀴놀린기, 피리다진기, 퓨란기, 티오펜기, 이미다졸기, 피라졸기, 디벤조퓨란기, 디벤조티오펜기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 벤조나프토퓨란기, 벤조나프토티오펜기, 인데노카바졸기, 인돌로카바졸기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 방향족인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 7 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00006
[화학식 3]
Figure pat00007
[화학식 4]
Figure pat00008
[화학식 5]
Figure pat00009
[화학식 6]
Figure pat00010
[화학식 7]
Figure pat00011
상기 화학식 2 내지 7에서,
Ar, R1 내지 R5 및 r1 내지 r5는 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸렌기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 또는 N, O 또는 S를 포함하고 치환 또는 비치환된 2환의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 치환 또는 비치환된 벤조옥사졸; 또는 치환 또는 비치환된 벤조티아졸이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 터페닐기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤조옥사졸; 또는 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤조티아졸이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 페닐기; 나프틸기; 비페닐기; 터페닐기; 페닐기로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 메틸기로 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 디벤조퓨란기; 디벤조티오펜기; 또는 벤조티아졸이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 페닐기; 나프틸기; 비페닐기; 터페닐기; 페닐기로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 디메틸플루오렌기; 디벤조퓨란기; 디벤조티오펜기; 또는 벤조티아졸이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 페닐기; 나프틸기; 비페닐기; 디메틸플루오렌기; 페닐기로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 디벤조퓨란기; 또는 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 페닐기; 나프틸기; 비페닐기; 디메틸플루오렌기; 카바졸기; 디벤조퓨란기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 하기 구조 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00012
상기 구조에서,
B1 내지 B13는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
b1는 0 내지 5의 정수이며,
b2는 0 내지 9의 정수이고,
b3는 0 내지 13의 정수이며,
b4 내지 b7은 각각 0 내지 7의 정수이고,
b8는 0 내지 8의 정수이며,
b9는 0 내지 4의 정수이고,
b10은 0 내지 7의 정수이며,
b1 내지 b10이 2이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 하기 구조 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00013
상기 구조에 있어서, 점선은 결합위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar은 하기 구조 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00014
상기 구조에 있어서, 점선은 결합위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B1 내지 B10은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B11 내지 B13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B11 내지 B13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B11 내지 B13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B11은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 15의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B11은 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B11은 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B12 및 B13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, B12 및 B13은 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, b1 내지 b10은 0 또는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, b1 내지 b10은 0 이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠고리; 치환 또는 비치환된 벤조퓨란 고리; 치환 또는 비치환된 벤조티오펜 고리; 또는 치환 또는 비치환된 인덴고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 페닐기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 벤젠고리; 벤조퓨란 고리; 벤조티오펜 고리; 또는 메틸기로 치환 또는 비치환된 인덴고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1, R4 및 R5는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2 및 R3은 수소; 중수소; 또는 페닐기이거나, 복수의 R2 또는 복수의 R3끼리 서로 결합하여 벤젠고리; 벤조퓨란 고리; 벤조티오펜 고리; 또는 메틸기로 치환된 인덴고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2 및 R3은 수소; 중수소; 또는 페닐기이거나, 복수의 R2 또는 복수의 R3끼리 서로 결합하여 벤젠고리; 벤조퓨란 고리; 벤조티오펜 고리; 또는 메틸기로 치환된 인덴고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5는 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오르토(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한" 기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 인접한 기와 서로 결합하여 형성되는 치환 또는 비치환된 고리에서, "고리"는 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 의미한다.
상기 탄화수소 고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 2가기인 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다. 구체적으로, 방향족 탄화수소고리는 2가인 것을 제외하고는 상기 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있고, 지방족 탄화수소고리는 2가인 것을 제외하고는 상기 시클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
상기 헤테로고리는 2가인 것을 제외하고는 상기 헤테로고리기에 대한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 복수의 R1, 복수의 R2, 복수의 R3 또는 복수의 R4는 R1끼리, R2끼리, R3끼리 또는 R4끼리 서로 결합하여 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수도 있으며, R2 및 R3이 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1 내지 R5가 각각 독립적으로 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 경우, 하기 구조 중 어느 하나의 고리를 형성할 수 있다.
Figure pat00015
상기 구조에서,
A1 내지 A24는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
a1 내지 a11은 각각 0 내지 4의 정수이고,
a12는 0 내지 6의 정수이며,
*는 치환되는 위치를 표시한 것이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, A1 내지 A12는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, A13 내지 A24는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, A20 및 A21는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, A20 및 A21는 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r1은 0 내지 6의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r1은 0 내지 1의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r2 내지 r4는 각각 0 내지 4의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r2 내지 r4는 각각 0 내지 1의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r5는 0 내지 2의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r5는 0 내지 1의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 복수의 R2 또는 복수의 R3는 R2끼리 또는 R3끼리 서로 결합하여 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 복수의 R2 또는 복수의 R3는 R2끼리 또는 R3끼리 서로 결합하여 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 복수의 R2 또는 복수의 R3는 R2끼리 또는 R3끼리 서로 결합하여 각각 독립적으로 하기 구조 중 어느 하나의 고리를 형성할 수 있다. 하기 구조에서, A1 내지 A4, A20, A21 및 a1 내지 a4는 상술한 정의와 같다.
Figure pat00016
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2 및 R3은 수소; 중수소; 또는 페닐기이거나,
Figure pat00017
에서 복수의 R2 또는
Figure pat00018
에서 복수의 R3끼리 서로 결합하여 하기 구조 중 어느 하나를 형성한다.
Figure pat00019
상기 구조에 있어서,
Figure pat00020
는 N에 결합되는 위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2 및 R3은 수소; 중수소; 또는 페닐기이거나,
Figure pat00021
에서 복수의 R2 또는
Figure pat00022
에서 복수의 R3끼리 서로 결합하여 하기 구조 중 어느 하나를 형성한다.
Figure pat00023
상기 구조에 있어서,
Figure pat00024
는 N에 결합되는 위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2 및 R3은 수소; 중수소; 또는 페닐기이거나, 복수의 R2 또는 복수의 R3끼리 서로 결합하여 전체적으로 나프탈렌, 디벤조퓨란 또는 디벤조티오펜 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2 및 R3은 수소이거나, 복수의 R2 또는 복수의 R3끼리 서로 결합하여 전체적으로 나프탈렌 또는 디벤조퓨란 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, n 및 m은 각각 0 또는 1이며, n+m=1이고, n이 1인 경우 X1은 직접결합이며, m이 1인 경우 X2는 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, n이 0인 경우 X1은 결합되지 않아 존재하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, m이 0인 경우 X2는 결합되지 않아 존재하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화합물들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식과 같이 코어구조가 제조될 수 있다. 치환기는 당 기술분야에 알려져 있는 방법에 의하여 결합될 수 있으며, 치환기의 종류, 위치 및 개수는 당 기술분야에 알려져 있는 기술에 따라 변경될 수 있다.
<반응식>
Figure pat00032
상기 반응식에서, Ar, X1, X2, R1 내지 R5, r1 내지 r5, m과 n은 화학식 1에서의 정의와 같고, X는 각각 독립적으로 할로겐기이다.
본 명세서에서는 상기와 같이 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위도 조절할 수 있다.
또한, 본 명세서에 따른 유기발광소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 전술한 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 유기발광소자는 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 이용하여 1층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기발광소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 화합물 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층이 형성된 유기발광소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 유기발광소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기발광소자는 유기물층으로서 정공수송층, 정공주입층, 전자차단층, 정공수송 및 정공주입을 동시에 하는 층, 전자수송층, 전자주입층, 정공차단층, 및 전자수송 및 주입을 동시에 하는 층 중 1층 이상을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 본 명세서의 유기발광소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수 또는 더 많은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 유기발광소자에서, 상기 유기물층은 정공수송층 또는 정공주입층을 포함하고, 상기 정공수송층 또는 정공주입층은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 본 명세서의 유기발광소자에서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 본 명세서의 유기발광소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 호스트로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로 포함하며, 도펀트를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 60 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1 중량부 내지 20 중량부로 포함되고, 더 바람직하게는 1 중량부 내지 10 중랑부로 포함된다.
이때, 상기 도펀트로는 (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 인광 물질이나, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자, PPV계 고분자, 안트라센계 화합물, 파이렌계 화합물, 보론계 화합물 등과 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이다.
상기 유기발광소자는 예컨대 하기와 같은 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
(1) 양극/정공수송층/발광층/음극
(2) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/음극
(3) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(4) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(5) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(6) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(7) 양극/정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/음극
(8) 양극/ 정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(9) 양극/정공주입층/정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/음극
(10) 양극/정공주입층/정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/전자주입 층/음극
(11) 양극/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/음극
(12) 양극/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/전자주입층/음극
(13) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/음극
(14) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/전자주입 층/음극
본 명세서의 유기발광소자의 구조는 도 1 내지 도 3에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(1) 위에 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기발광소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기발광소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(7)에 포함될 수 있다.
도 3에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자저지층(9), 발광층(7), 전자수송 및 주입층(10) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기발광소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(7)에 포함될 수 있다.
예컨대, 본 명세서에 따른 유기발광소자는 스퍼터링(sputtering)이나 전자빔 증발(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자차단층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다.
상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자주입 및 전자수송을 동시에 하는 층, 전자차단층, 발광층 및 전자수송층, 전자주입층, 전자주입 및 전자수송을 동시에 하는 층 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 단층 구조일 수 있다. 또한, 상기 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
상기 양극은 정공을 주입하는 전극으로, 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극은 전자를 주입하는 전극으로, 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공주입층은 양극으로부터 발광층으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 하는 층이며, 정공 주입 물질로는 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입 받을 수 있는 물질로서, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrine), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone) 계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 정공주입층의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다. 상기 정공주입층의 두께가 1nm 이상이면, 정공 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 150nm 이하이면, 정공주입층의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 정공수송층은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층과 발광층 사이에 전자차단층이 구비될 수 있다. 상기 전자차단층은 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.
상기 발광층은 적색, 녹색 또는 청색을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 본원 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 본원 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로 포함할 수 있다. 구체적으로, 본원 화학식 1로 표시되는 화합물이 발광층의 호스트로 사용되는 경우, 적색 발광하는 인광 물질로 사용될 수 있다.
발광층이 적색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonateiridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium), PtOEP(octaethylporphyrin platinum)와 같은 인광 물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다.
상기 발광층은 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 발광층은 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 추가의 호스트로 포함할 수 있다. 이때, 전체 호스트 100 중량부를 기준으로 화학식 1로 표시되는 화합물이 10 내지 70 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 50 중량부로 포함된다.
[화학식 8]
Figure pat00033
상기 화학식 8에서,
Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
Rc 및 Rd는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이고,
r 및 s는 각각 0 내지 7의 정수이고, r이 2 이상인 경우 Rc는 서로 같거나 상이하고, s가 2 이상인 경우 Rd는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Rc 및 Rd는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Rc 및 Rd는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조티아졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 터페닐기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기, 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 메틸기, 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 메틸기, 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 터페닐기; 메틸기, 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 메틸기, 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 플루오렌기; 메틸기, 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 메틸기, 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 비페닐기; 터페닐기; 페닐기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 디메틸플루오렌기; 디벤조퓨란기; 또는 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 각각 하기 구조 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00034
상기 구조에서,
C1 내지 C13는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
c1는 0 내지 5의 정수이며,
c2는 0 내지 9의 정수이고,
c3는 0 내지 13의 정수이며,
c4 내지 c7은 각각 0 내지 7의 정수이고,
c8는 0 내지 8의 정수이며,
c9는 0 내지 4의 정수이고,
c10은 0 내지 7의 정수이며,
c1 내지 c10이 2이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C1 내지 C10는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C11 내지 C13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C11 내지 C13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C11 내지 C13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C11은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 15의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C11은 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C11은 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C12 및 C13은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, C12 및 C13은 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ra 및 Rb는 각각 하기 구조 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00035
상기 C1 내지 C3, C5 내지 C7, C10, C12, C13, c1 내지 c3, c5 내지 c7 및 c10의 정의는 전술한 바와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r 및 s는 각각 0 내지 7의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, r 및 s는 각각 0 또는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 8은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
상기 전자수송층은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 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; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자수송층의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 전자수송층의 두께가 1nm 이상이면, 전자 수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자수송층의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 전자주입층은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 전자 주입 물질로는 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 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 함질소 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.
상기 정공차단층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기발광소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 출원의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 출원의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[합성예]
[제조예 1] 중간체 A의 합성
1) 중간체 A-1의 합성
Figure pat00042
3구 플라스크에 2-bromo-9-phenyl-9H-carbazole (20.0g, 62.1mmol), bis(pinacolato)diboron (18.9g, 74.5mmol), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (Pd(dba)2) (0.7g, 1.2mmol) 및 tricyclohexylphosphine (PCy3) (0.7g, 2.5mmol), potassium acetate (KOAc) (12.2g, 124.1mmol), 1,4-dioxane 300 ml을 넣고, 아르곤 분위기 환류 조건 하에서 12시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 반응액을 분액 깔대기에 옮기고, 물(200 mL)을 가하여 에틸 아세테이트로 추출했다. 추출액을 MgSO4로 건조 후, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 A-1(17.2g)을 수득하였다. (수율 75%, MS: [M+H]+= 369)
2) 중간체 A-2의 합성
Figure pat00043
3구 플라스크에 중간체 A-1 (17.0g, 46.0mmol), 1-bromo-2-nitronaphthalene (12.8g, 50.6mmol)을 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran, THF) 255ml에 녹이고 potassium carbonate (K2CO3) (25.5g, 184.1mmol)을 H2O 85ml에 녹여 넣는다. 여기에 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) (Pd(PPh3)4) (2.7g, 2.3mmol)를 넣고, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 반응액을 분액 깔대기에 옮기고, ethyl acetate로 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조 후, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 A-2(12.0g)를 수득하였다. (수율 63%, MS[M+H]+= 414)
3) 중간체 A의 합성
Figure pat00044
2구 플라스크에 중간체 A-2 (12.0g, 29.0mmol), triphenylphosphine (PPh3) (6.0g, 43.4mmol), o-dichlorobenzene(o-DCB) 120ml를 넣고 환류 조건하에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 감압 증류하여 용매를 제거하고 CH2Cl2로 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 A(8.9g)를 수득하였다. (수율 69%, MS[M+H]+= 382)
[제조예 2] 중간체 B의 합성
Figure pat00045
제조예 1에서, 1-bromo-2-nitronaphthalene을 2-bromo-3-nitronaphthalene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 B를 제조하였다. (MS[M+H]+= 382)
[제조예 3] 중간체 C의 합성
Figure pat00046
제조예 1에서, 1-bromo-2-nitronaphthalene을 2-bromo-1-nitronaphthalene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 C를 제조하였다. (MS[M+H]+= 382)
[제조예 4] 중간체 D의 합성
Figure pat00047
제조예 1에서, 2-bromo-9-phenyl-9H-carbazole을 2-bromo-9-(naphthalen-2-yl)-9H-carbazole로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 D를 제조하였다. (MS[M+H]+= 423)
[제조예 5] 중간체 E의 합성
Figure pat00048
제조예 1에서, 2-bromo-9-phenyl-9H-carbazole을 4-bromo-9-phenyl-9H-carbazole로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 E를 제조하였다. (MS[M+H]+= 382)
[제조예 6] 중간체 F의 합성
Figure pat00049
제조예 1에서, 2-bromo-9-phenyl-9H-carbazole을 4-bromo-9-phenyl-9H-carbazole로, 1-bromo-2-nitronaphthalene을 2-bromo-3-nitronaphthalene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 F를 제조하였다. (MS[M+H]+= 382)
[제조예 7] 중간체 G의 합성
Figure pat00050
제조예 1에서, 2-bromo-9-phenyl-9H-carbazole을 4-bromo-9-phenyl-9H-carbazole로, 1-bromo-2-nitronaphthalene을 2-bromo-1-nitronaphthalene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 G를 제조하였다. (MS[M+H]+= 382)
[제조예 8] 중간체 H의 합성
Figure pat00051
제조예 1에서, 2-bromo-9-phenyl-9H-carbazole을 4-bromo-9-(dibenzo[b,d]furan-3-yl)-9H-carbazole으로, 1-bromo-2-nitronaphthalene을 2-bromo-3-nitronaphthalene으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 중간체 A의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 중간체 H를 제조하였다. (MS[M+H]+= 472)
[합성예 1] 화합물 1의 합성
Figure pat00052
3 구 플라스크에 중간체 A (10.0g, 26.1mmol)와 중간체 a (6.9g, 28.8mmol)을 toluene 300ml에 녹이고 sodium tert-butoxide (NaOtBu) (3.8g, 39.2mmol)과 bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0) (Pd(P-tBu3)2 (0.3g, 0.5mmol)을 넣은 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, H2O를 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조, 농축하고 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 1 5.7g을 수득하였다. (수율 37%, MS[M+H]+= 586)
[합성예 2] 화합물 2의 합성
Figure pat00053
합성예 1에서, 중간체 a를 중간체 b로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 2를 제조하였다. (MS[M+H]+= 636)
[합성예 3] 화합물 3의 합성
Figure pat00054
합성예 1에서, 중간체 a를 중간체 c로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 3을 제조하였다. (MS[M+H]+= 676)
[합성예 4] 화합물 4의 합성
Figure pat00055
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 B로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 4를 제조하였다. (MS[M+H]+= 586)
[합성예 5] 화합물 5의 합성
Figure pat00056
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 B로, 중간체 a를 중간체 d로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 5를 제조하였다. (MS[M+H]+= 662)
[합성예 6] 화합물 6의 합성
Figure pat00057
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 C로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 6을 제조하였다. (MS[M+H]+= 586)
[합성예 7] 화합물 7의 합성
Figure pat00058
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 D로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 7을 제조하였다. (MS[M+H]+= 636)
[합성예 8] 화합물 8의 합성
Figure pat00059
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 E로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 8을 제조하였다. (MS[M+H]+= 586)
[합성예 9] 화합물 9의 합성
Figure pat00060
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 E로, 중간체 a를 중간체 e로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 9를 제조하였다. (MS[M+H]+= 702)
[합성예 10] 화합물 10의 합성
Figure pat00061
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 F로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 10을 제조하였다. (MS[M+H]+= 586)
[합성예 11] 화합물 11의 합성
Figure pat00062
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 F로, 중간체 a를 중간체 f로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 11을 제조하였다. (MS[M+H]+= 675)
[합성예 12] 화합물 12의 합성
Figure pat00063
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 G로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 12를 제조하였다. (MS[M+H]+= 586)
[합성예 13] 화합물 13의 합성
Figure pat00064
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 H로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 13을 제조하였다. (MS[M+H]+= 676)
[실험예]
비교예 1-1
ITO(Indium Tin Oxide)가 1,400Å의 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 HI-A과 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (hexaazatriphenylene; HAT-CN)를 각각 800Å, 50Å의 두께로 순차적으로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 그 위에 정공수송층으로 하기 HT-A를 800Å 두께로 진공 증착한 후 전자저지층으로 하기 EB-A를 600Å의 두께로 열 진공 증착하였다. 이어서 발광층으로 하기 호스트 RH-A와 2wt%(호스트 100 중량부 기준)의 도판트 RD를 400Å의 두께로 진공 증착하였다. 이어서, 전자 수송 및 주입층으로 하기 ET-A와 Liq를 1:1의 비율로 360Å의 두께로 열 진공 증착하고 이어서 Liq를 5Å의 두께로 진공 증착하였다.
Figure pat00065
상기 전자 수송 및 주입층 위에 순차적으로 마그네슘과 은을 10:1의 비율로 220Å의 두께로, 알루미늄을 1000Å 두께로 증착하여 음극을 형성하여, 유기 발광 소자를 제조하였다.
실험예 1-1 내지 실험예 1-13 및 비교예 1-2 내지 비교예 1-8
상기 비교예 1-1에서 RH-A 대신 표 1과 같이 변경하였다는 점을 제외하고는, 상기 비교예 1-1과 동일한 방법을 이용하여 실험예 1-1 내지 실험예 1-13 및 비교예 1-2 내지 비교예 1-8의 유기 발광 소자를 각각 제작하였다.
Figure pat00066
상기 실험예 1-1 내지 실험예 1-13 및 비교예 1-1 내지 비교예 1-8에서 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하여, 전압, 효율, 수명을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 전압, 효율은 10mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 측정되었으며, LT97은 전류 밀도 20mA/cm2에서 초기휘도가 97%로 저하할 때까지의 시간을 의미한다.
호스트 @10mA/cm2 @20mA/cm2
V cd/A LT97 (hr)
실험예 1-1 화합물 1 4.84 22.5 100
실험예 1-2 화합물 2 4.83 22.3 107
실험예 1-3 화합물 3 4.86 22.0 101
실험예 1-4 화합물 4 4.81 22.8 106
실험예 1-5 화합물 5 4.88 22.1 108
실험예 1-6 화합물 6 5.03 21.3 96
실험예 1-7 화합물 7 4.86 22.6 101
실험예 1-8 화합물 8 4.96 22.2 104
실험예 1-9 화합물 9 4.91 22.8 106
실험예 1-10 화합물 10 4.93 22.3 108
실험예 1-11 화합물 11 4.97 22.6 109
실험예 1-12 화합물 12 5.10 21.0 97
실험예 1-13 화합물 13 4.76 23.5 111
비교예 1-1 RH-A 5.23 18.1 65
비교예 1-2 RH-B 6.03 14.1 51
비교예 1-3 RH-C 5.12 21.2 43
비교예 1-4 RH-D 7.33 18.0 15
비교예 1-5 RH-E 5.36 18.3 85
비교예 1-6 RH-F 5.15 21.0 83
비교예 1-7 RH-G 5.31 19.2 81
비교예 1-8 RH-H 5.15 20.2 38
본 발명 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자 받개 역할을 하는 퀴녹살린 유닛과 전자 주개 역할을 하는 벤조인돌로카바졸 유닛으로 구성되어 있다. 성질이 전혀 다른 두 유닛이 직접 결합되어 있기 때문에 분자 내부에서 전하를 주고 받아 밴드갭이 작아진다. 또한 벤조인돌로카바졸 유닛은 나프탈렌 고리를 포함하고 있는데 이로 인해 삼중항 에너지가 낮아지고, 결과적으로 일중항 에너지, 삼중항 에너지가 모두 작아 적색 도펀트로의 에너지 전달에 유리하여 적색 발광층의 호스트로 활용하기 적절하다. RH-D와 같이 벤조인돌로카바졸 대신 인돌로카바졸 유닛을 전자 주개로 이용한 경우 삼중항 에너지가 충분히 작아지지 못해 적색 도펀트로의 에너지 전달이 원활하지 못하고 그 결과 전압, 효율, 수명이 모두 좋지 않은 결과를 나타낸다.
특히, 화학식 1의 구조는 퀴녹살린과 연결되는 질소의 옆 고리에 삼중항 상태를 안정화시키는 나프탈렌 고리가 위치함으로써 퀴녹살린과 벤조인돌로카바졸 사이의 내부 전하 이동을 보다 안정화시킨다. 그 결과, 퀴녹살린 유닛으로부터 먼 쪽에 나프탈렌 고리가 있는 RH-F의 경우와 비교해 장수명의 특성을 나타내고 있다.
또한, 벤조인돌로카바졸 유닛 내부의 두 질소가 서로 파라(para) 위치에 위치하고 있어 전자를 밀어주는 효과를 극대화하여, HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨이 높은 특성을 나타낸다. 그 결과, 전자 주개 능력이 질소 원자 보다 떨어지는 황 원자가 같은 위치에 위치한 RH-B나 파라(para)가 아닌 메타(meta) 위치에 위치한 RH-E 및 RH-G 등과 비교해볼 때, 본 발명 화학식 1의 벤조인돌로카바졸 구조는 정공이 도펀트로 트랩되는 것을 방지하므로, 정공 수송 능력이 우수해져 소자 특성이 우수해진다.
또한, 카바졸을 치환기로 이용해 전자 주개 특성을 조절한 RH-A과 비교해볼 때, 카바졸을 치환기로 이용한 구조보다 축합된 고리 구조를 활용하여 전자 주개 특성을 조절하는 경우, 물질의 안정성이 더 높아진다.
본 발명 화학식 1은 퀴녹살린 유닛을 기준으로 Ar 유닛과 고리가 축합된 카바졸 유닛이 서로 오르쏘(ortho) 위치에 치환되어 있어 서로 마주보는 특성을 갖고, 이로 인해 둘 사이의 파이-파이 상호작용으로 구조가 더 안정화되어 장수명의 특성을 나타낸다. 이는 벤조티에노피리미딘 유닛을 전자 받개 구조로 활용한 RH-C나, 퀴나졸린 유닛을 전자 받개 구조로 활용한 RH-H와의 비교를 통해 알 수 있다.
따라서 유사한 구조를 적용한 비교예 1-1 내지 비교예 1-8의 결과와 비교해볼 때, 화학식 1의 구조를 갖는 화합물들을 유기 전계 발광 소자의 적색 발광층 호스트로 적용하였을 경우, 저전압, 고효율, 장수명의 특성을 나타내 최적의 소자를 얻을 수 있다.
실험예 2-1 내지 실험예 2-7 및 비교예 2-2 내지 비교예 2-3
상기 비교예 1-1에서 RH-A 대신 표 2와 같이 2종의 호스트 화합물의 혼합물을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 비교예 1-1과 동일한 방법을 이용하여 실험예 2-1 내지 실험예 2-14 및 비교예 2-1 내지 비교예 2-3의 유기 발광 소자를 각각 제작하였다. 이때, 호스트로서 2종의 화합물의 혼합물을 사용한 경우, 괄호 안은 호스트 화합물간의 중량비를 의미한다.
Figure pat00067
호스트 @10mA/cm2 @20mA/cm2
V cd/A LT97 (hr)
실험예 2-1 PGH1:화합물 1
(70:30)		 4.65 21.5 120
실험예 2-2 PGH1:화합물 5(70:30) 4.63 21.9 120
실험예 2-3 PGH1:화합물 6(70:30) 4.87 20.2 97
실험예 2-4 PGH1:화합물 8(70:30) 4.75 21.6 105
실험예 2-5 PGH1:화합물 11(70:30) 4.72 21.0 107
실험예 2-6 PGH1:화합물 12(70:30) 4.90 20.2 92
실험예 2-7 PGH2:화합물 8(70:30) 4.46 23.1 126
비교예 2-1 PGH1:RH-A(70:30) 5.26 16.9 70
비교예 2-2 PGH1:RH-D(70:30) 5.28 17.2 82
비교예 2-3 PGH2:RH-D(70:30) 5.10 13.4 40
상기 표 2에서 보는 바와 같이 화학식 1의 화합물을 PGH1 혹은 PGH2와 같은 비스카바졸 구조를 갖는 화합물과 함께 혼합하여 호스트로 사용할 경우, 발광층으로의 정공 주입이 원활해져 전압이 감소하고, 소자 정공과 전자가 만나 발광하는 위치가 발광층 내에서 전자수송층 방향으로 옮겨가면서 넓어져 소자의 수명이 증가한다. 정공과 전자의 균형 변화에 따른 이러한 효과는 소자의 효율 감소가 함께 나타날 수 있는데, 화학식 1의 화합물은 이러한 효율 감소를 최소화하면서 저전압, 장수명의 소자 특성이 나타나고 있다. 특히, 비교예 2-1 내지 비교예 2-3과 비교했을 때 화학식 1의 구조를 갖는 화합물에서 그 효과가 보다 현저하게 나타남을 알 수 있다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 발광층
8: 전자수송층
9: 전자저지층
10: 전자수송 및 주입층

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00068

    상기 화학식 1에서,
    Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
    R1 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고,
    r1은 0 내지 6의 정수이며,
    r2 내지 r4는 각각 0 내지 4의 정수이고,
    r5은 0 내지 2의 정수이며,
    r1 내지 r5가 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하고,
    n 및 m은 각각 0 또는 1이며,
    n+m=1이고,
    n이 1인 경우 X1은 직접결합이며,
    m이 1인 경우 X2는 직접결합이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 2]
    Figure pat00069

    [화학식 3]
    Figure pat00070

    [화학식 4]
    Figure pat00071

    [화학식 5]
    Figure pat00072

    [화학식 6]
    Figure pat00073

    [화학식 7]
    Figure pat00074

    상기 화학식 2 내지 7에서,
    Ar, R1 내지 R5 및 r1 내지 r5는 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1의 Ar은 하기 구조 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
    Figure pat00075

    상기 구조에서,
    B1 내지 B13는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    b1는 0 내지 5의 정수이며,
    b2는 0 내지 9의 정수이고,
    b3는 0 내지 13의 정수이며,
    b4 내지 b7은 각각 0 내지 7의 정수이고,
    b8는 0 내지 8의 정수이며,
    b9는 0 내지 4의 정수이고,
    b10은 0 내지 7의 정수이며,
    b1 내지 b10이 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
  4. 청구항 1에 있어서, R1 내지 R5가 각각 독립적으로 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 경우, 하기 구조 중 어느 하나의 고리를 형성하는 것인 화합물:
    Figure pat00076

    상기 구조에서,
    A1 내지 A24는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    a1 내지 a11은 각각 0 내지 4의 정수이고,
    a12는 0 내지 6의 정수이며,
    *는 치환되는 위치를 표시한 것이다.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00077

    Figure pat00078

    Figure pat00079

    Figure pat00080

    Figure pat00081

    Figure pat00082

    Figure pat00083
    .
  6. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 호스트로서 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 발광층은 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 추가로 포함하는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 8]
    Figure pat00084

    상기 화학식 8에서,
    Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    Rc 및 Rd는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이고,
    r 및 s는 각각 0 내지 7의 정수이고, r이 2 이상인 경우 Rc는 서로 같거나 상이하고, s가 2 이상인 경우 Rd는 서로 같거나 상이하다.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 화학식 8은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    Figure pat00085

    Figure pat00086

    Figure pat00087

    Figure pat00088

    Figure pat00089

    Figure pat00090
    .
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