KR20220018219A - 중합체 및 이를 이용한 유기 발광 소자 - Google Patents

중합체 및 이를 이용한 유기 발광 소자 Download PDF

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KR20220018219A KR1020200098455A KR20200098455A KR20220018219A KR 20220018219 A KR20220018219 A KR 20220018219A KR 1020200098455 A KR1020200098455 A KR 1020200098455A KR 20200098455 A KR20200098455 A KR 20200098455A KR 20220018219 A KR20220018219 A KR 20220018219A
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Abstract

본 명세서는 중합체 및 이를 이용한 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

중합체 및 이를 이용한 유기 발광 소자{POLYMER AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME}
본 명세서는 중합체 및 이를 이용하여 형성된 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 현상은 특정 유기 분자의 내부 프로세스에 의하여 전류가 가시광으로 전환되는 예의 하나이다. 유기 발광 현상의 원리는 다음과 같다. 양극과 음극 사이에 유기물층을 위치시켰을 때, 두 전극 사이에 전류를 걸어주게 되면 음극과 양극으로부터 각각 전자와 정공이 유기물층으로 주입된다. 유기물층으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다. 이러한 원리를 이용하는 유기전계 발광소자는 일반적으로 음극과 양극 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층을 포함하는 유기물층으로 구성될 수 있다.
유기 발광소자에서 사용되는 물질로는 순수 유기 물질 또는 유기 물질과 금속이 착물을 이루는 착화합물이 대부분을 차지하고 있으며, 용도에 따라 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 발광 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등으로 구분될 수 있다. 여기서, 정공 주입 물질이나 정공 수송 물질로는 p-타입의 성질을 가지는 유기 물질, 즉 쉽게 산화가 되고 산화시 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 한편, 전자 주입 물질이나 전자 수송 물질로는 n-타입 성질을 가지는 유기 물질, 즉 쉽게 환원이 되고 환원시 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 발광 물질로는 p-타입 성질과 n-타입 성질을 동시에 가진 물질, 즉 산화와 환원 상태에서 모두 안정한 형태를 갖는 물질이 바람직하며, 엑시톤이 형성되었을 때 이를 빛으로 전환하는 발광 효율이 높은 물질이 바람직하다.
위에서 언급한 외에, 유기 발광 소자에서 사용되는 물질은 다음과 같은 성질을 추가적으로 갖는 것이 바람직하다.
첫째로, 유기 발광 소자에서 사용되는 물질은 열적 안정성이 우수한 것이 바람직하다. 유기 발광 소자내에서는 전하들의 이동에 의한 줄열(joule heating)이 발생하기 때문이다. 현재 정공수송층 물질로 주로 사용되는 NPB(N,N'-Di(1-나프틸)-N,N'-디페닐-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민)는 유리 전이 온도가 100℃ 이하의 값을 가지므로, 높은 전류를 필요로 하는 유기 발광소자에는 사용하기 힘든 문제가 있다.
둘째로, 저전압 구동 가능한 고효율의 유기 발광 소자를 얻기 위해서는 유기 발광 소자내로 주입된 정공 또는 전자들이 원활하게 발광층으로 전달되는 동시에, 주입된 정공과 전자들이 발광층 밖으로 빠져나가지 않도록 하여야 한다. 이를 위해서 유기 발광소자에 사용되는 물질은 적절한 밴드갭(band gap)과 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 또는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위를 가져야 한다. 현재 용액 도포법에 의해 제조되는 유기 발광 소자에서 정공 수송 물질로 사용되는 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped:poly(styrenesulfonic acid))의 경우, 발광층 물질로 사용되는 유기물의 LUMO 에너지 준위에 비하여 LUMO 에너지 준위가 낮기 때문에 고효율, 장수명의 유기 발광 소자 제조에 어려움이 있다.
이외에도 유기 발광 소자에 사용되는 물질은 화학적 안정성, 전하이동도, 전극이나 인접한 층과의 계면 특성 등이 우수하여야 한다. 즉, 유기 발광 소자에 사용되는 물질은 수분이나 산소에 의한 물질의 변형이 적어야 한다. 또한, 적절한 정공 또는 전자 이동도를 가짐으로써 유기 발광 소자의 발광층에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 하여 엑시톤 형성을 극대화할 수 있어야 한다. 그리고, 소자의 안정성을 위해 금속 또는 금속 산화물을 포함한 전극과의 계면을 좋게 할 수 있어야 한다.
위에서 언급한 외에, 용액공정용 유기 발광 소자에서 사용되는 물질은 다음과 같은 성질을 추가적으로 가져야한다.
첫째로, 저장 가능한 균질한 용액을 형성해야만 한다. 상용화된 증착공정용 물질의 경우 결정성이 좋아서 용액에 잘 녹지 않거나 용액을 형성하더라도 결정이 쉽게 잡히기 때문에 저장기간에 따라 용액의 농도 구배가 달라지거나 불량 소자를 형성 할 가능성이 크다.
둘째로, 용액공정이 이루어지는 층들은 다른 층에 대하여 용매 및 물질 내성이 있어야 한다. 이를 위하여 VNPB(N4,N4'-디(나프탈렌-1-일)-N4,N4'-비스(4- 비닐페닐)비페닐 -4,4'-디아민) 처럼 경화기를 도입하여 용액 도포 후 열처리 혹은 UV (ultraviolet)조사를 통하여 기판 위에서 자체적으로 가교 결합된 고분자를 형성 또는 다음 공정에 충분한 내성을 가지는 고분자를 형성할 수 있는 물질이 바람직하며, HATCN (헥사아자트리페닐렌 헥사카보니트릴 : Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)처럼 자체적으로 용매 내성을 가질 수 있는 물질도 바람직하다.
따라서, 당 기술 분야에서는 상기와 같은 요건을 갖춘 유기물의 개발이 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2004-0028954호
본 명세서는 중합체 및 이를 이용하여 형성된 유기 발광 소자를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 중합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
A는 하기 화학식 2로 표시되고,
B는 하기 화학식 3으로 표시되며,
C는 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이며,
a, b 및 c는 각각 몰분율로서,
a은 0<a<1의 실수이고,
b는 0<b<1의 실수이며,
c는 0≤c<1의 실수이고,
a+b+c는 1이며,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에 있어서,
Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Ar1 및 Ar4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 또는 치환 또는 비치환된 실록산기이며,
n1 내지 n3는 각각 1 내지 4의 정수이고,
n1 내지 n3가 각각 2 이상일 경우, 각각의 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
*은 중합체 내의 부착지점이고,
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 3에 있어서,
Z1은 CRa; SiRa; N; 또는 3가의 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
R10, R12 및 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알콕시기; 아릴옥시기; 플루오로알콕시기; 실록산기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 가교결합성기이고, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
k1은 1 내지 3의 정수이고,
k1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
*은 중합체 내의 부착지점이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 하기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체를 제공한다.
[화학식 2]
Figure pat00004
[화학식 3]
Figure pat00005
[화학식 5]
Figure pat00006
상기 화학식 2, 3 및 5에 있어서,
Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Ar1 및 Ar4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 또는 치환 또는 비치환된 실록산기이며,
n1 내지 n3는 각각 1 내지 4의 정수이고,
n1 내지 n3가 각각 2 이상일 경우, 각각의 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
Z1은 CRa; SiRa; N; 또는 3가의 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
R10, R12 및 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알콕시기; 아릴옥시기; 플루오로알콕시기; 실록산기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 가교결합성기이고, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
k1은 1 내지 3의 정수이고,
k1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
E는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이며,
*은 중합체 내의 부착지점이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 코어 구조가 적어도 하나의 할로겐기 또는 알킬기로 치환된다. 구체적으로, 화학식 3으로 표시되는 B가 적어도 하나의 할로겐기 또는 알킬기로 치환된다. 이에 따라, 구조적 안정성이 향상되고, 용매에 대한 용해도도 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자의 정공수송층에 적용되어, 소자의 성능 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조를 예시한 도이다.
도 3은 화합물 B1의 HPLC 측정 결과를 나타낸 도이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 중합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00007
상기 화학식 1에 있어서,
A는 하기 화학식 2로 표시되고,
B는 하기 화학식 3으로 표시되며,
C는 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이며,
a, b 및 c는 각각 몰분율로서,
a은 0<a<1의 실수이고,
b는 0<b<1의 실수이며,
c는 0≤c<1의 실수이고,
a+b+c는 1이며,
[화학식 2]
Figure pat00008
상기 화학식 2에 있어서,
Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Ar1 및 Ar4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 또는 치환 또는 비치환된 실록산기이며,
n1 내지 n3는 각각 1 내지 4의 정수이고,
n1 내지 n3가 각각 2 이상일 경우, 각각의 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
*은 중합체 내의 부착지점이고,
[화학식 3]
Figure pat00009
상기 화학식 3에 있어서,
Z1은 CRa; SiRa; N; 또는 3가의 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
R10, R12 및 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알콕시기; 아릴옥시기; 플루오로알콕시기; 실록산기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 가교결합성기이고, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
k1은 1 내지 3의 정수이고,
k1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
*은 중합체 내의 부착지점이다.
상기 중합체에 있어서, 화학식 3에 포함되는 3개의 페닐기는 각각 적어도 하나의 할로겐기 또는 알킬기로 치환된다. 이에 따라, 용매에 대한 용해도가 향상된다. 또한, 상기 구조에 의하여 정공수송성도 향상된다. 따라서, 상기 중합체는 정공수송층으로 적용이 용이하며, 정공수송층에 적용시 소자의 성능이 향상되는 효과가 있다.
본 명세서에서 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 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 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 아릴옥시기; 아민기; 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.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)가 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 30이다. 상기 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 3 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 상기 시클로알킬기의 구체적인 예로는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 상기 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 상기 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 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 있어서, 아민기는 -NH2; 알킬아민기; 아릴알킬아민기; 아릴아민기; 아릴헤테로아릴아민기; 알킬헤테로아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 상기 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 60인 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 6 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 트리페닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 상기 헤테로고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로고리기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딘기, 바이피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딘기, 피리다진기, 피라진기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트리딘기(phenanthridine), 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 2가의 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 상기 헤테로고리기에서 결합 위치가 두개 있는 것을 의미한다. 예컨대, 상기 2가의 헤테로고리기는 예컨대 2가의 티오펜기; 2가의 카바졸기; 2가의 디벤조퓨란기; 및 2가의 디벤조티오펜기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기는 -OR100으로 표시되는 기로서, R100은 아릴기이다. 아릴옥시기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시기, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시, p-토릴옥시기, m-토릴옥시기, 3,5-디메틸-페녹시기, 2,4,6-트리메틸페녹시기, p-tert-부틸페녹시기, 3-바이페닐옥시기, 4-바이페닐옥시기, 1-나프틸옥시기, 2-나프틸옥시기, 4-메틸-1-나프틸옥시기, 5-메틸-2-나프틸옥시기, 1-안트릴옥시기, 2-안트릴옥시기, 9-안트릴옥시기, 1-페난트릴옥시기, 3-페난트릴옥시기, 9-페난트릴옥시기 등이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiR101R102R103로 표시되는 기로서, R101, R102 및 R103은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다. 상기 실릴기로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기 및 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실록산기는 -Si(R104)2OSi(R105)3로 표시되는 기로서, R104 및 R105는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서에 있어서, 게르밀는 -GeR106R107R108로 표시되는 기로서, R106, R107 및 R108은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서에 있어서, 가교결합성기는 열, 광 및/또는 방사선에 노출시킴으로써, 화합물 간에 가교를 시키는 반응성 치환기를 의미할 수 있다. 가교는 열처리, 광조사 및/또는 방사선 조사에 의하여, 탄소-탄소 다중결합, 환형 구조가 분해되면서 생성된 라디칼이 연결되면서 생성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 가교결합성기는 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00010
상기 구조에 있어서,
Figure pat00011
는 다른 치환기 또는 결합부에 결합되는 부위를 의미한다.
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 기가 서로 결합하여 형성되는 고리에서, "고리"는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, “몰분율”은 모든 성분들의 총 몰수에 주어진 성분의 몰 수의 비를 의미한다.
본 명세서에 있어서, “단량체 단위”는 중합체 내의 반복 단위를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2의 Ar1 및 Ar4는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1로 표시된다.
[화학식 2-1]
Figure pat00012
상기 화학식 2-1에 있어서,
R1 내지 R3, Ar2, Ar3 및 n1 내지 n3는 화학식 2에서 정의한 바와 동일하고,
R4 및 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 또는 가교결합성기이고,
n4 및 n5는 각각 1 내지 4의 정수이며,
h1 및 h2는 각각 1 또는 2이며,
n4가 2 이상일 경우, 상기 2 이상의 R4는 서로 같거나 상이하고,
n5가 2 이상일 경우, 상기 2 이상의 R5는 서로 같거나 상이하며,
h1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하고,
h2가 2 이상일 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
*은 중합체 내의 부착지점이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 30의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 메틸기; 또는 헥실기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기로 치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 h1 및 h2는 각각 2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A는 하기 구조이다.
Figure pat00013
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 3의 R10, R12 및 R14는 각각 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1로 표시된다.
[화학식 3-1]
Figure pat00014
상기 화학식 3-1에 있어서,
Z1은 CRa; SiRa; N; 또는 3가의 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
*은 중합체 내의 부착지점이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1은 CH; SiH; N; 또는 치환 또는 비치환된 3가의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1은 CH; SiH; N; 또는 치환 또는 비치환된 3가의 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1은 N; 또는 3가의 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 3은 하기 화학식 3-2로 표시된다.
[화학식 3-2]
Figure pat00015
상기 화학식 3-2에 있어서,
R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소; 또는 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11, R13 및 R15는 서로 같고, 각각 불소; 또는 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 c는 몰분율로서 0≤c<1의 실수 이다. 즉, 상기 중합체는 C를 선택적으로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 C는 2개의 부착 지점을 갖는 단위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 C는 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 C는 중수소 또는 가교결합성기로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 중수소 또는 가교결합성기로 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 C는 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00016
상기 구조에 있어서,
Y1은 S, O 또는 NR50이고,
R30 내지 R39 및 R50은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 가교결합성기이며,
k3은 1 또는 2의 정수이고,
k4는 1 내지 4의 정수이며,
k5는 1 내지 3의 정수이고,
k6는 1 내지 8의 정수이며,
k7은 1 내지 5의 정수이고,
k3 내지 k7이 각각 2 이상일 경우, 각각의 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하다.
구체적으로, 상기 C는 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00017
보다 구체적으로, 상기 C는 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00018
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 E1 및 E2는 중합체의 말단-캡핑(end-capping) 단위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 E1 및 E2는 1개의 부착 지점만 갖는 단위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 E1 및 E2는 각각 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00019
보다 구체적으로, 상기 E1 및 E2는 각각 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00020
상기 구조에 있어서, *은 중합체 내의 부착지점이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 a, b 및 c는 중합체의 제조시 사용되는 단량체의 당량비에 따라 결정된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a는 0.4 이상의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a는 0.4 내지 1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a는 0.5 내지 1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a는 0.5 내지 0.9의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a는 0.5 내지 0.8의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b는 0 이상의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b는 0 내지 0.5의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b는 0 내지 0.4의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b는 0 내지 0.3의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b는 0.1 내지 0.3의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, c는 0 내지 0.2의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, c는 0 내지 0.1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, c는 0이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a은 0.4 내지 1의 실수이고, b는 0 내지 0.4의 실수이며, c는 0 내지 0.2의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a은 0.4 내지 0.9의 실수이고, b는 0.1 내지 0.4의 실수이며, c는 0 내지 0.2의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, (A+B):(E1+E2)의 몰비는 40:60 내지 98:2이다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체를 제공한다.
[화학식 2]
Figure pat00021
[화학식 3]
Figure pat00022
[화학식 5]
Figure pat00023
상기 화학식 2, 3 및 5에 있어서,
Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Ar1 및 Ar4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 또는 치환 또는 비치환된 실록산기이며,
n1 내지 n3는 각각 1 내지 4의 정수이고,
n1 내지 n3가 각각 2 이상일 경우, 각각의 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
Z1은 CRa; SiRa; N; 또는 3가의 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
R10, R12 및 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알콕시기; 아릴옥시기; 플루오로알콕시기; 실록산기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 가교결합성기이고, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
k1은 1 내지 3의 정수이고,
k1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
E는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이며,
*은 중합체 내의 부착지점이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 중합체는 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체로 표현될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체에 있어서, 화학식 2에 대한 설명은 화학식 1에서 전술한 화학식 2에 대한 설명이 동등하게 적용된다. 예컨대, 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체에 있어서, 상기 화학식 2는 상기 화학식 2-1로 표시될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체에 있어서, 상기 화학식 3에 대한 설명은 화학식 1에서 전술한 화학식 3에 대한 설명이 동등하게 적용된다. 예컨대, 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체에 있어서, 상기 화학식 3은 상기 화학식 3-1로 표시될 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체에 있어서, 상기 화학식 5의 E는 화학식 1의 E1에 대한 설명이 동등하게 적용된다. 예컨대, 상기 화학식 E는 중합체의 말단-캡핑(end-capping) 단위이며, 하기 구조 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00024
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 화학식 4로 표시되는 단위를 더 포함한다.
[화학식 4]
Figure pat00025
상기 화학식 4에 있어서,
C는 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
*은 중합체 내의 부착지점이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 중합체는 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위, 화학식 4로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체로 표현될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위, 화학식 4로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체에 있어서, 화학식 2, 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5에 대한 설명은 화학식 1에서 설명한 내용이 동등하게 적용된다. 예컨대, 상기 화학식 4의 C는 화학식 1에서 정의한 C의 정의가 동등하게 적용된다. 구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위, 화학식 4로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체에 있어서, 화학식 C는 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00026
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 교대 중합체, 블록 중합체 또는 랜덤 중합체이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 10,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol이다. 구체적으로, 10,000 g/mol 내지 500,000 g/mol이다. 보다 구체적으로 10,000 g/mol 내지 200,000 g/mol이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2 내지 5로 표시되는 단위는 중합체 내에서 화학식 1로 표시되는 중합체의 특성이 최적화되도록 분포될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 중합체 내 화학식 2로 표시되는 단위의 몰분율을 a1, 화학식 3으로 표시되는 단위의 몰분율을 b1, 화학식 4로 표시되는 단위를 c1, 화학식 5로 표시되는 단위의 몰분율을 e1이라고 하였을 때, a1, b1, c1 및 e1은 각각 실수이고, 0<a1<1, 0<b1<1, 0≤c1<1 및 0<e1<1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0 초과의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.4 이상의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.4 내지 1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.5 내지 1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.5 내지 0.9의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.5 내지 0.8의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b1은 0 초과의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b1은 0.1 내지 0.5 의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b1은 0.1 내지 0.4의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, b1은 0.1 내지 0.3의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, c1은 0 내지 0.2의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, c1은 0 내지 0.1의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, c1은 0이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 e1은 0.1 내지 0.5의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 e1은 0.1 내지 0.4의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 e1은 0.1 내지 0.35의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.4 내지 1의 실수이고, b1은 0.1 내지 0.5의 실수이며, c1은 0 내지 0.2의 실수이고, e1은 0.1 내지 0.5의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.4 내지 0.9의 실수이고, b1은 0.1 내지 0.4의 실수이며, c1은 0 내지 0.2의 실수이고, e1은 0.1 내지 0.5의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, a1은 0.4 내지 0.7의 실수이고, b1은 0.1 내지 0.3의 실수이며, c1은 0 내지 0.1의 실수이고, e1은 0.2 내지 0.4의 실수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 하기 구조 중 어느 하나로 표시된다.
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
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상기 구조에 있어서, a1은 0<a1<1의 실수이고, b1은 0<b1<1의 실수이며, e1은 0≤e1<1의 실수이고, a1+b1+e1은 1이다.
상기 구조에 있어서, a1, b1 및 e1은 중합체의 제조시 투입되는 단량체의 당량에 따라 결정된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 공지의 중합 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 스즈키(Suzuki), 야마모토(Yamamoto), 스틸(Stille), 금속 촉매 사용 C-N 커플링 반응 및 금속 촉매 사용 아릴화 반응과 같은 제조방법이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 중수소로 치환될 수 있다. 이때, 중수소는 전구체 재료를 사용하는 방식을 적용하여 치환시킬 수 있다. 예컨대, 루이스 산 H/D 교환 촉매의 존재 하에서 중수소화되지 않은 단량체 및/또는 중합체를 중수소화된 용매 처리함으로써 중수소를 치환시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 분자량은 사용된 단량체의 비를 조절하여 제어할 수 있다. 또한, 일부 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 분자량은 켄칭(quenching) 반응을 사용하여 제어될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 정공수송재료로 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 중합체는 '정공수송용 중합체'일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 용액 공정을 통하여 층으로 형성될 수 있다. 용어 '층' 은 용어 '필름'과 상호 교환가능하게 사용되며, 원하는 영역을 덮는 코팅을 지칭한다. 이 용어는 크기에 의해 제한되지 않는다. 상기 영역은 전체 소자만큼 크거나, 실제 시각 디스플레이와 같은 특정 기능 영역만큼 작거나, 또는 단일 서브픽셀(sub-pixel)만큼 작을 수 있다. 층 및 필름은 증착, 액체 침착(연속 및 불연속 기술) 및 열전사를 포함하는 임의의 통상적인 침착 기술에 의해 형성될 수 있다. 연속 침착 기술은 스핀 코팅, 그라비어 코팅, 커튼 코팅, 딥 코팅, 슬롯-다이 코팅, 분무 코팅, 및 연속 노즐 코팅을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 불연속 침착 기술은 잉크젯 인쇄, 그라비어 인쇄 및 스크린 인쇄를 포함하지만 이로 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 고유 점도가 60 mL/g 미만이다. 이는 잉크젯 인쇄 응용을 위해 특히 유용한데, 더 낮은 점도로 인해 더 진한 용액이 분사되게 할 수 있다. 구체적으로, 상기 중합체는 고유 점도가 50 mL/g 미만; 보다 구체적으로는 40 mL/g 미만; 보다 구체적으로는 30 mL/g 미만이다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체의 고유 점도는 20 mL/g 내지 60 mL/g; 구체적으로는 20 mL/g 내지 50 mL/g; 보다 구체적으로는 20 mL/g 내지 40 mL/g이다.
본 명세서의 일 실시상태는 전술한 화합물을 포함하는 코팅 조성물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물은 용매를 더 포함한다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물은 상기 화합물 및 용매를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물은 액상일 수 있다. 상기 "액상"은 상온 및 상압에서 액체 상태인 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 하부 층에 적용되는 물질을 용해하지 않는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 코팅 조성물이 발광층에 적용될 경우, 하부 층(제1 전극, 정공주입층 등)의 물질을 용해하지 않는 용매를 사용함으로써, 용액 공정으로 정공수송층의 도입이 가능한 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 예컨대, 클로로포름, 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠 등의 염소계 용매; 테트라히드로푸란, 디옥산 등의 에테르계 용매; 톨루엔, 크실렌, 트리메틸벤젠, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에스테르계 용매; 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디메톡시에탄, 프로필렌글리콜, 디에톡시메탄, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 글리세린, 1,2-헥산디올 등의 다가 알코올 및 그의 유도체; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 시클로헥산올 등의 알코올계 용매; 디메틸술폭시드 등의 술폭시드계 용매; N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드계 용매; 메틸 벤조에이트, 부틸 벤조에이트, 3-페녹시 벤조에이트 등의 벤조에이트계 용매; 및 테트랄린 등의 용매가 예시되나, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매라면 가능하며, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 1 종 단독으로 사용하거나, 또는 2 종 이상의 용매를 혼합하여 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매의 비점은 바람직하게 40℃ 내지 350℃, 더욱 바람직하게는 80℃ 내지 330℃이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물 내 상기 중합체의 농도는 바람직하게 0.1 wt/v% 내지 20 wt/v%, 더욱 바람직하게는 0.5 wt/v% 내지 10 wt/v% 이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태는 실시상태는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 중합체를 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 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.
예컨대, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1에 예시되어 있다.
도 1에는 기판(1), 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
도 2에는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자주입 및 수송층(7) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
상기 도 1 및 2는 유기 발광 소자를 예시한 것으로, 본 발명의 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않는다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 상기 중합체를 포함하도록 제조되는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 상기 중합체를 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 형성될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 유기물층 및 음극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 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 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 수 있다.
본 명세서는 또한, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 제1 전극 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기물층은 스핀 코팅을 이용하여 형성된다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기물층은 인쇄법에 의하여 형성된다.
본 명세서의 상태에 있어서, 상기 인쇄법은 예컨대, 잉크젯 프린팅, 노즐 프린팅, 오프셋 프린팅, 전사 프린팅 또는 스크린 프린팅 등이 있으나, 이를 한정하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 코팅 조성물은 구조적인 특성으로 용액공정이 적합하여 인쇄법에 의하여 형성될 수 있으므로 소자의 제조 시에 시간 및 비용적으로 경제적인 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기물층을 형성하는 단계는 상기 제1 전극 상에 상기 코팅 조성물을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 코팅 조성물을 열처리 또는 광처리 하는 단계를 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 열처리하는 단계에서의 열처리 시간은 1시간 이내일 수 있다. 구체적으로 30분 이내일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기물층을 열처리하는 분위기는 아르곤, 질소 등의 불활성 기체 분위기인 것이 바람직하다.
상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기물층을 형성하는 단계에서 상기 열처리 또는 광처리 단계를 포함하는 경우에는 코팅 조성물에 포함된 복수 개의 카바졸 유도체가 가교를 형성하여 박막화된 구조가 포함된 유기물층을 제공할 수 있다. 이 경우, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기물층의 표면 위에 다른 층을 적층할 시, 용매에 의하여 용해되거나, 형태학적으로 영향을 받거나 분해되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 유기물층이 열처리 또는 광처리 단계를 포함하여 형성된 경우에는 용매에 대한 저항성이 증가하여 용액 증착 및 가교 방법을 반복 수행하여 다층을 형성할 수 있으며, 안정성이 증가하여 소자의 수명 특성을 증가시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 중합체를 포함하는 유기물층은 정공주입층, 정공수송층 또는 정공주입과 정공수송을 동시에 하는 층이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이다.
본 발명의 유기 발광 소자는 하기 예시와 같은 구조로 적층될 수 있다.
(1) 양극/정공수송층/발광층/음극
(2) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/음극
(3) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/음극
(4) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(5) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(6) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(7) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(8) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(9) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층 /음극
(10) 양극/ 정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/음극
(11) 양극/ 정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(12) 양극/정공주입층/정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/음극
(13) 양극/정공주입층/정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/전자주입 층/음극
(14) 양극/정공수송층/발광층/정공억제층/전자수송층/음극
(15) 양극/정공수송층/발광층/ 정공억제층/전자수송층/전자주입층/음극
(16) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공억제층/전자수송층/음극
(17) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공억제층/전자수송층/전자주입층/음극
(18) 양극/정공주입층/정공수송층/전자억제층/발광층/정공저지층/전자주입층 및 수송층/음극
상기 구조에 있어서, “전자수송층/전자주입층”은 “전자주입 및 수송층”으로 대체될 수 있다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SNO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입층은 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 유기물층의 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 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층은 상기 중합체를 포함한다.
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 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로, 축합방향족환 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, 시클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2이상 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 전자 수송층은 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 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 음극 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 음극 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 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 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하기 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 1-1.
한국 공개특허공보 제10-2016-0131947호에 기재된 방법으로 하기 단량체 A-1을 제조하였다.
Figure pat00062
합성예 1-2. 단량체 B1의 제조
Figure pat00063
화합물 B-a 10g을 무수 에탄올(EtOH) 20mL에 녹인 후 티오닐클로라이드(SOCl2) 15mL(4.50eq)를 상온에서 천천히 주입하였다. 40℃에서 12시간 환류 시킨 뒤, 탄산수소 나트륨(NaHCO3) 수용액으로 반응을 종료하고, 증류수를 통해 생성된 고체를 수득하였다. 수득한 고체를 디클로로메탄에 용해 시킨 뒤, 실리카 겔 필터 후 에탄올을 통해 재결정 하여 4.7g의 단량체 B1을 수득하였다.
도 3에는 화합물 B1의 HPLC 측정 결과를 나타내었다.
상기 합성예 1-1에 사용된 화합물 B-a의 X는 제조하고자 단량체의 종류에 따라 다른 치환기로 대체될 수 있다. 예컨대, 알킬기로 구체적으로는 메틸기로 대체 가능하다.
합성예 1-3. 단량체 B2의 제조
Figure pat00064
상기 합성에 1-1에서 화합물 B-a 대신 B-b를 사용한 것을 제외하고는 합성에 1-1과 동일한 방법으로 단량체 B2를 제조하였다.
상기 합성예 1-2에 사용된 화합물 B2의 X는 제조하고자 단량체의 종류에 따라 다른 치환기로 대체될 수 있다. 예컨대, 알킬기로 구체적으로는 메틸기로 대체 가능하다.
합성예 2. 중합체 1의 제조
Figure pat00065
단량체 A-1(0.765mmol), 단량체 B-1(0.158 mmol) 및 단량체 C-1(0.369 mmol)을 둥근 플라스크에 넣고 톨루엔 11mL에 용해시킨 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(Pd(PPh3)4) 0.05mmol, 탄산 칼륨(K2CO3) 2M 용액 5mL 및 상전이 촉매인 Aliquit336을 0.1mL 주입한 후, 100℃에서 12시간 환류 시켰다. 반응물을 메탄올에 천천히 적가하여 반응을 종료한 뒤, 45분 동안 교반하고, 생성된 고체를 여과하였다. 건조된 고체를 톨루엔에 용해 시키고(1% wt/v), 실리카 겔과 염기성 산화알루미늄(각 6g)을 함유한 컬럼에 통과시켜 정제하였다. 수득한 톨루엔 용액을 아세톤에 트리츄레이팅 (triturating)하여 중합체 1(5.2 g)을 제조하였다.
합성예 3. 중합체 2의 제조
Figure pat00066
합성예 2에서, 단량체 B-1 대신 단량체 B-2를 사용한 것을 제외하고는 합성에 2와 동일한 방법으로 중합체 2를 제조하였다.
합성예 4. 중합체 3의 제조
Figure pat00067
합성예 2에서, 단량체 B-1 대신 단량체 B-3을 사용한 것을 제외하고는 합성에 2와 동일한 방법으로 중합체 3을 제조하였다.
합성예 5. 중합체 4의 제조
Figure pat00068
합성예 2에서, 단량체 B-1 대신 단량체 B-4를 사용한 것을 제외하고는 합성에 2와 동일한 방법으로 중합체 4를 제조하였다.
합성예 6. 중합체 5의 제조
Figure pat00069
합성예 2에서, 단량체 B-1 대신 단량체 B-5를 사용한 것을 제외하고는 합성에 2와 동일한 방법으로 중합체 5를 제조하였다.
합성예 7. 중합체 6의 제조
Figure pat00070
합성예 2에서, 단량체 B-1 대신 단량체 B-6을 사용한 것을 제외하고는 합성에 2와 동일한 방법으로 중합체 6을 제조하였다.
합성예 8. 중합체 7의 제조
Figure pat00071
합성예 2에서, 단량체 B-1 대신 단량체 B-7을 사용한 것을 제외하고는 합성에 2와 동일한 방법으로 중합체 7을 제조하였다.
비교 합성예 1: 중합체 K의 제조
Figure pat00072
합성예 2에서, 단량체 B-1 대신 단량체 B-K를 사용한 것을 제외하고는 합성에 2와 동일한 방법으로 중합체 K를 제조하였다.
상기 합성예 2 내지 8에서 제조된 중합체 1 내지 7 및 비교 합성예 1에서 제조된 중합체 K의 수평균분자량(Mn), 중량평균분자량(Mw) 및 분자량분포(PDI)를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
수평균분자량, 중량평균분자량 및 분자량분포는 GPC를 사용하여 측정하였으며, 합성된 중합체를 THF 1wt% 녹인 용액을 사용하여 측정하였다.
a:b1:e1
(몰비)		 Mn Mw PDI
중합체 K 52.9:18.5:28.6 36K 116K 3.18
중합체 1 56.2:19.1:24.7 35K 104K 2.93
중합체 2 53.8:18.3:28 38K 110K 2.89
중합체 3 57:17.9:25.1 35K 91K 2.65
중합체 4 53.8:20.3:25.8 38K 122K 3.20
중합체 5 50.8:17.6:31.5 35K 106K 2.97
중합체 6 53.8:18.3:28 39K 129K 3.23
중합체 7 53.2:18.1:28.7 32K 86K 2.66
실시예 1.
(1) 재료
도펀트는 US8,465,848B2에 기재된 비스(다이아릴아미노)벤조플루오렌계 화합물을 사용하였다.
정공주입층은 US 7,351,358B2에 기재된 재료를 사용하였다. 구체적으로, 전기 전도성 중합체 및 중합체성 플루오르화 설폰산의 수성 분산액으로부터 제조되는 정공주입 재료를 사용하였다.
호스트는 WO2011-028216A1에 기재된 중수소화된 안트라센 화합물을 사용하였다.
(2) 소자 제작
ITO(indium tin oxide)가 1,500Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사 (Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후, 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후, 상기 기판을 5분간 세정한 후 건조하였다.
소자 제작 직전에 세정되고 패턴화된 ITO를 UV 오존으로 10분 동안 처리 하였다. 오존처리 후 정공주입층의 수성 분산액을 ITO 표면 위에 스핀-코팅 하고 열처리를 통해 용매를 제거하여 약 40nm 두께의 정공주입층을 형성하였다. 상기에서 형성된 정공주입층 상에 상기 합성예 2에서 제조한 중합체 1이 1.5wt% 용해된 톨루엔(toluene) 용액을 스핀-코팅하고, 열처리를 통해 용매를 제거하여 약 100nm 두께의 정공수송층을 형성하였다. 정공수송층 상에 2.0wt% 농도로 호스트 및 도펀트(호스트:도펀트=93:7(wt%))가 용해된 메틸 벤조에이트 용액을 스핀-코팅하여 약 100nm 두께의 발광층을 형성하였다. 이후, 진공증착기로 이송한 후, 상기 발광층 상에 BCP를 35nm의 두께로 진공 증착하여 전자주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 상에 순차적으로 1nm 두께로 LiF와 100nm 두께로 알루미늄을 증착하여 캐소드를 형성하였다.
상기의 과정에서 캐소드의 리튬플루오라이드의 증착 속도는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2x10-7 torr 내지 5 x10-6 torr를 유지하였다.
실시예 2 내지 7.
상기 실시예 1에서 정공수송층 제조시 중합체 1 대신 각각 하기 표 2에 기재된 중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1.
상기 실시예 1에서 정공수송층 제조시 중합체 1 대신 하기 표 2에 기재된 중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에서 제조한 유기 발광 소자에 대하여, 10 mA/cm2의 전류 밀도에서, 구동 전압, 발광 효율, 전력 효율, 외부 양자 효율, 휘도, 색도도, 및 CE/CIEy를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 상기 외부양자효율은 (방출된 광자 수)/(주입된 전하운반체 수)로 구하였고, 상기 색도도는 C.I.E 색도도(Commission Internationale de L'Eclairage, 1931)에 따른 x 및 y 좌표이고, CE/CIEy는 발광효율(cd/A)을 색좌표(y) 값으로 나눈 값이다.
정공
수송층		 구동
전압
(V)		 발광
효율
(cd/A)		 전력
효율
(lm/W)		 외부
양자
효율
(QE)
(%)		 색좌표
(x)		 색좌표
(y)		 CE/CIEy
실시예 1 중합체 1 4.15 3.58 2.71 7.22 0.142 0.053 67.20
실시예 2 중합체 2 4.17 2.84 2.14 6.36 0.145 0.046 61.41
실시예 3 중합체 3 4.36 3.32 2.40 7.34 0.144 0.047 70.25
실시예 4 중합체 4 4.21 2.78 2.07 6.52 0.146 0.044 63.83
실시예 5 중합체 5 4.25 3.60 2.66 7.84 0.144 0.048 74.98
실시예 6 중합체 6 4.05 3.53 2.74 7.64 0.144 0.049 72.74
실시예 7 중합체 7 4.16 3.85 2.90 8.22 0.144 0.049 78.03
비교예 1 중합체 K 6.31 4.90 2.44 5.82 0.138 0.107 45.75
상기 표 2를 통해, 본 발명에 따른 중합체를 적용한 유기 발광 소자(실시예 1 내지 7)가 비교예 1에 비하여 구동 전압 대비 효율(효율/구동전압)이 높은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 중합체를 적용한 유기 발광 소자는 5V 미만의 구동전압에서도 우수한 효율을 나타내는 반면에, 비교예 1의 유기 발광 소자는 6.3V의 높은 전압을 걸어줘야 효율이 나오는 것을 확인할 수 있다.
또한, 유기 발광 소자는 5V 이상의 전압을 걸 경우 소자의 손상이 발생하여 수명이 저하되는데, 본 발명에 따른 중합체는 유기 발광 소자에 적용시 5V 미만의 저전압에서도 구동이 가능하므로 소자의 손상 없이 우수한 수명을 나타낼 수 있음을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 비교예 1에 비하여 색좌표(y)가 0.05에 가까운 것을 확인할 수 있는데, 이는 청색에 가까운 값을 나타내는 것으로, 본 발명에 따른 중합체가 청색 발광 소자에 적합함을 확인할 수 있다.
즉, 상기 표 2를 통해 본 발명에 따른 중합체를 적용한 유기 발광 소자가 청색에 가까우면서도 저전압, 높은 외부양자효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예들과 비교예 1의 소자 구조가 동일한데도 성능이 다르게 나타나는 것을 통해, 본 발명에 따른 중합체가 정공수송층에 적합한 에너지 레벨 및 높은 정공 이동도를 갖는 것을 예측할 수 있다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 전자주입 및 수송층

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 중합체:
    [화학식 1]
    Figure pat00073

    상기 화학식 1에 있어서,
    A는 하기 화학식 2로 표시되고,
    B는 하기 화학식 3으로 표시되며,
    C는 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
    E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이며,
    a, b 및 c는 각각 몰분율로서,
    a은 0<a<1의 실수이고,
    b는 0<b<1의 실수이며,
    c는 0≤c<1의 실수이고,
    a+b+c는 1이며,
    [화학식 2]
    Figure pat00074

    상기 화학식 2에 있어서,
    Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    Ar1 및 Ar4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 또는 치환 또는 비치환된 실록산기이며,
    n1 내지 n3는 각각 1 내지 4의 정수이고,
    n1 내지 n3가 각각 2 이상일 경우, 각각의 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    *은 중합체 내의 부착지점이고,
    [화학식 3]
    Figure pat00075

    상기 화학식 3에 있어서,
    Z1은 CRa; SiRa; N; 또는 3가의 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
    R10, R12 및 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알콕시기; 아릴옥시기; 플루오로알콕시기; 실록산기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 가교결합성기이고, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    k1은 1 내지 3의 정수이고,
    k1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
    *은 중합체 내의 부착지점이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합인 것인 중합체.
  3. 하기 화학식 2로 표시되는 단위, 화학식 3으로 표시되는 단위 및 화학식 5로 표시되는 말단기를 포함하는 중합체:
    [화학식 2]
    Figure pat00076

    [화학식 3]
    Figure pat00077

    [화학식 5]
    Figure pat00078

    상기 화학식 2, 3 및 5에 있어서,
    Ar2 및 Ar3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    Ar1 및 Ar4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    R1 내지 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 또는 치환 또는 비치환된 실록산기이며,
    n1 내지 n3는 각각 1 내지 4의 정수이고,
    n1 내지 n3가 각각 2 이상일 경우, 각각의 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    Z1은 CRa; SiRa; N; 또는 3가의 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    R11, R13 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
    R10, R12 및 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 알콕시기; 아릴옥시기; 플루오로알콕시기; 실록산기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 가교결합성기이고, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    k1은 1 내지 3의 정수이고,
    k1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
    E는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 가교결합성기; 또는 이들의 조합이며,
    *은 중합체 내의 부착지점이다.
  4. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1로 표시되는 것인 중합체:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00079

    상기 화학식 2-1에 있어서,
    R1 내지 R3, Ar2, Ar3 및 n1 내지 n3는 화학식 2에서 정의한 바와 동일하고,
    R4 및 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 게르밀기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 실록산기; 또는 가교결합성기이고,
    n4 및 n5는 각각 1 내지 4의 정수이며,
    h1 및 h2는 각각 1 또는 2이고,
    n4가 2 이상일 경우, 상기 2 이상의 R4는 서로 같거나 상이하고,
    n5가 2 이상일 경우, 상기 2 이상의 R5는 서로 같거나 상이하며,
    h1이 2 이상일 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하고,
    h2가 2 이상일 경우, 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    *은 중합체 내의 부착지점이다.
  5. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 R10, R12 및 R14는 각각 수소인 것인 중합체.
  6. 청구항 3에 있어서,
    화학식 4로 표시되는 단위를 더 포함하는 중합체:
    [화학식 4]
    Figure pat00080

    상기 화학식 4에 있어서,
    C는 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
    *은 중합체 내의 부착지점이다.
  7. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른 중합체를 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 중합체를 포함하는 유기물층은 정공주입층, 정공수송층 또는 정공주입과 정공수송을 동시에 하는 층인 것인 유기 발광 소자.
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