WO2020263029A1 - 유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자용 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치 - Google Patents

유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자용 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치 Download PDF

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Definitions

  • It relates to a compound for an organic optoelectronic device, a composition for an organic optoelectronic device, an organic optoelectronic device, and a display device.
  • An organic optoelectronic diode is a device capable of converting electrical energy and optical energy to each other.
  • Organic optoelectronic devices can be largely divided into two types according to the principle of operation.
  • One is a photoelectric device that generates electrical energy by separating the excitons formed by light energy into electrons and holes, and the electrons and holes are transferred to different electrodes, and the other is electrical energy by supplying voltage or current to the electrode.
  • It is a light emitting device that generates light energy from.
  • Examples of the organic optoelectronic device include an organic photoelectric device, an organic light emitting device, an organic solar cell, and an organic photo conductor drum.
  • organic light emitting diodes are attracting great attention in recent years due to the increasing demand for flat panel display devices.
  • the organic light-emitting device is a device that converts electrical energy into light, and the performance of the organic light-emitting device is greatly influenced by an organic material positioned between electrodes.
  • One embodiment provides a compound for an organic optoelectronic device capable of implementing a high efficiency and long life organic optoelectronic device.
  • Another embodiment provides a composition for an organic optoelectronic device including the compound for an organic optoelectronic device.
  • Another embodiment provides an organic optoelectronic device including the compound for an organic optoelectronic device or a composition for an organic optoelectronic device.
  • Another embodiment provides a display device including the organic optoelectronic device.
  • X is O or S
  • Two adjacent ones of a 1 * to a 4 * are connecting carbons connected to b 1 * and b 2 *, respectively,
  • b 1 * and b 2 * are each a connecting carbon
  • R a and R 1 to R 8 are each independently hydrogen, deuterium, a cyano group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group or a combination thereof,
  • At least one of R a and R 1 to R 8 is a group represented by the following formula A,
  • Z 1 to Z 5 are each independently N or CR b ,
  • R 1 to R 4 and R b are each independently present or adjacent groups are connected to form a substituted or unsubstituted aliphatic, aromatic or heteroaromatic monocyclic or polycyclic ring,
  • a first compound for an organic optoelectronic device including the compound for an organic optoelectronic device described above, and Formula 3; Or it provides a composition for an organic optoelectronic device comprising a second compound for an organic optoelectronic device represented by the combination of the formula (4) and (5).
  • Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group, or a combination thereof,
  • Two adjacent ones of *d 1 to *d 4 of Formula B-2 are each a connecting carbon, and the other two unconnected are each independently CR d ,
  • R d and R 9 and R 14 are each independently hydrogen, deuterium, cyano group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or It is an unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group or a combination thereof,
  • R e and R f are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group, or a combination thereof,
  • Y 1 and Y 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group,
  • L g , L 1 and L 2 are each independently a single bond or a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group
  • R g and R 15 to R 18 are each independently hydrogen, deuterium, cyano group, halogen group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group , A substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group.
  • an anode and a cathode facing each other, and at least one organic layer disposed between the anode and the cathode, and the organic layer comprises the compound for an organic optoelectronic device or a composition for an organic optoelectronic device. It provides an organic optoelectronic device.
  • 1 and 2 are cross-sectional views each illustrating an organic light emitting device according to an embodiment.
  • C1 to C40 silyl group C1 to C30 alkyl group, C1 to C10 alkylsilyl group, C6 to C30 arylsilyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C30 heterocycloalkyl group, C6 to C30 aryl group, It means substituted with a C2 to C30 heteroaryl group, a C1 to C20 alkoxy group, a C1 to C10 trifluoroalkyl group, or a combination thereof.
  • substituted means that at least one hydrogen of a substituent or compound is deuterium, a cyano group, a C1 to C30 alkyl group, a C1 to C10 alkylsilyl group, a C6 to C30 arylsilyl group, a C3 to C30 cycloalkyl group, It means substituted with a C3 to C30 heterocycloalkyl group, a C6 to C30 aryl group, or a C2 to C30 heteroaryl group.
  • substitution means that at least one hydrogen in a substituent or compound is substituted with deuterium, cyano group, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, phenyl group, biphenyl group, terphenyl group or naphthyl group Means that it has become.
  • a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted naphthyl group, a substituted or unsubstituted anthracenyl group, a substituted or unsubstituted phenanthrenyl group, a substituted or Unsubstituted naphthacenyl group, substituted or unsubstituted pyrenyl group, substituted or unsubstituted biphenyl group, substituted or unsubstituted p-terphenyl group, substituted or unsubstituted m-terphenyl group, substituted or unsubstituted o- Terphenyl group, substituted or unsubstituted chrysenyl group, substituted or unsubstituted triphenylene group, substituted or unsubstituted perylenyl group, substituted or un
  • a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group a substituted or unsubstituted furanyl group, a substituted or unsubstituted thiophenyl group, a substituted or unsubstituted pyrrolyl group, a substituted or unsubstituted pyrazolyl group, a substituted Or unsubstituted imidazolyl group, substituted or unsubstituted triazolyl group, substituted or unsubstituted oxazolyl group, substituted or unsubstituted thiazolyl group, substituted or unsubstituted oxadiazolyl group, substituted or unsubstituted Thiadiazolyl group, substituted or unsubstituted pyridyl group, substituted or unsubstituted pyrimidinyl group, substituted or unsubstituted pyrazinyl group, substituted or unsubstituted
  • electronic characteristics refer to the characteristics of receiving electrons when an electric field is applied, and has conduction characteristics according to the LUMO level, so that electrons formed in the cathode are injected into the emission layer, electrons formed in the emission layer move to the cathode, and in the emission layer. It means a property that facilitates movement.
  • the compound for an organic optoelectronic device may be represented by a combination of Formulas 1 and 2 below.
  • X is O or S
  • Two adjacent ones of a 1 * to a 4 * are connecting carbons connected to b 1 * and b 2 *, respectively,
  • b 1 * and b 2 * are each a connecting carbon
  • R a and R 1 to R 8 are each independently hydrogen, deuterium, a cyano group, a halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group or a combination thereof,
  • At least one of R a and R 1 to R 8 is a group represented by the following formula A,
  • Z 1 to Z 5 are each independently N or CR b ,
  • At least one of Z 1 to Z 5 is N,
  • R b is each independently hydrogen, deuterium, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a combination thereof,
  • substituted means that at least one hydrogen is substituted with a deuterium, a cyano group, a C1 to C10 alkyl group or a C6 to C20 aryl group.
  • the compound for an organic optoelectronic device represented by the combination of Formula 1 and Formula 2 is represented by Formula A in benzodibenzofuran (or benzotibenzothiophene) in a form in which dibenzofuran (or dibenzothiophene) is further fused. It has a structure in which the substituted substituents are directly connected.
  • the compound having an additional fused structure as described above is advantageous in expanding the HOMO phore and stabilizing the T1 energy level, and thus, the organic light emitting device to which the compound is applied may realize long life characteristics.
  • the compound has a fast electron transfer property by directly substituting the substituent represented by Formula A (without a linking group) in the further fused benzodibenzofuran (or benzotibenzothiophene) structure, and thus the compound is applied
  • the organic light emitting device is advantageous for realizing low driving characteristics.
  • X and R 1 to R 8 are as described above, and R c , R d , and R a1 to R a4 are as defined above for R 1 to R 8 .
  • the compound for an organic optoelectronic device may be represented by a combination of Formula 2 with any one of Formulas 1a to 1d, depending on the specific substitution position of the group represented by Formula A.
  • any one of Formulas 1a to 1d and Formula 2 are combined to form the following Formulas 1a-2-1 to 1d-2-1, 1a-2-2 to 1d-2-2, and 1a- 2-3 to Formula 1d-2-3, Formula 1a-2-4, Formula 1b-2-4, Formula 1a-2-5, Formula 1b-2-5, Formula 1a-2-6, Formula 1b-2 -6, Formula 1a-2-7, Formula 1b-2-7, Formula 1a-2-8, and Formula 1b-2-8.
  • any one of Formulas 1e to 1h and Formula 2 are combined to form the following Formula 1e-2-1, Formula 1f-2-1, Formula 1e-2-2, Formula 1h-2-2, Formula 1g- 2-3, Formula 1h-2-3, Formula 1e-2-5, Formula 1f-2-5, Formula 1e-2-6, Formula 1f-2-6, Formula 1e-2-8, and Formula 1f- It can be expressed in any of 2-8.
  • the compound for an organic optoelectronic device is the formula 1e-2-1, formula 1f-2-1, formula 1e-2-1, formula 1e-2-2, formula 1g-2-3, and It may be selected from Formula 1h-2-3.
  • R b is a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, a substituted or unsubstituted terphenyl group, a substituted or unsubstituted triphenylene group, a substituted or unsubstituted fluorenyl group, a substituted Or an unsubstituted carbazolyl group, a substituted or unsubstituted dibenzofuranyl group, a substituted or unsubstituted dibenzothiophenyl group, a substituted or unsubstituted dibenzosilolyl group, a substituted or unsubstituted benzonaphthofuranyl group, or It may be a substituted or unsubstituted benzonaphthothiophenyl group.
  • the substituent may be, for example, deuterium, a cyano group, a C1 to C5 alkyl group, a phenyl group, a biphenyl group, or a naphthyl group, but is not limited thereto.
  • the group represented by Formula A may be selected from the substituents listed in Group I below.
  • the compound for an organic optoelectronic device may be one selected from compounds listed in Group 1 below, but is not limited thereto.
  • composition for an organic optoelectronic device may include a first compound for an organic optoelectronic device including the compound for an organic optoelectronic device described above, and the following Formula 3; Alternatively, it may include a second compound for an organic optoelectronic device represented by a combination of the following Chemical Formula 4 and Chemical Formula 5.
  • Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group, or a combination thereof,
  • Ring B is represented by the following formula B-1 or formula B-2,
  • Two adjacent ones of *d 1 to *d 4 of Formula B-2 are each a connecting carbon, and the other two unconnected are each independently CR d ,
  • R d and R 9 and R 14 are each independently hydrogen, deuterium, cyano group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or It is an unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group or a combination thereof,
  • At least one of R d and R 9 and R 14 is a group represented by the following formula C,
  • L d to L f are each independently a single bond, or a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group,
  • R e and R f are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group, or a combination thereof,
  • Y 1 and Y 2 are each independently a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, or a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group,
  • L g , L 1 and L 2 are each independently a single bond or a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group
  • R g and R 15 to R 18 are each independently hydrogen, deuterium, cyano group, halogen group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group , A substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocyclic group.
  • the second compound for an organic optoelectronic device may be used in a light emitting layer together with the compound for an organic optoelectronic device to improve charge mobility and stability, thereby improving luminous efficiency and lifetime characteristics.
  • the second compound for an organic optoelectronic device represented by Formula 3 may be represented by any one of Formula 3B-1, 3B-2A, 3B-2B, and 3B-2C below.
  • the second compound for an organic optoelectronic device represented by the combination of Formulas 4 and 5 may be represented by any one of Formulas 4A to 4E below.
  • L g1 to L g4 are the same as the definitions of L 1 and L 2 described above,
  • R g1 to R g4 are as defined above for R 15 to R 18 .
  • Y 1 and Y 2 in Formulas 4 and 5 are each independently a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, a substituted or unsubstituted pyridinyl group, a substituted or unsubstituted carbazolyl group, A substituted or unsubstituted dibenzofuranyl group, or a substituted or unsubstituted dibenzothiophenyl group,
  • R g1 to R g4 and R 15 to R 18 are each independently hydrogen, deuterium, cyano group, substituted or unsubstituted phenyl group, substituted or unsubstituted biphenyl group, substituted or unsubstituted pyridinyl group, substituted or unsubstituted It may be a substituted carbazolyl group, a substituted or unsubstituted dibenzofuranyl group, or a substituted or unsubstituted dibenzothiophenyl group.
  • Y 1 and Y 2 in Formulas 4 and 5 may each independently be selected from the substituents listed in Group II.
  • * is a connection point with L 1 and L 2 , respectively.
  • the R g1 to R g4 and R 15 to R 18 are each independently hydrogen, deuterium, a cyano group, a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, a substituted or unsubstituted pyridine It may be a nil group, a substituted or unsubstituted carbazolyl group, a substituted or unsubstituted dibenzofuranyl group, or a substituted or unsubstituted dibenzothiophenyl group.
  • R g1 to R g4 and R 15 to R 18 may each independently be hydrogen, deuterium, a cyano group, or a substituted or unsubstituted phenyl group,
  • R g1 to R g4 are each hydrogen, and R 15 to R 18 may each independently be hydrogen or a phenyl group.
  • the second compound for an organic optoelectronic device may be represented by Formula 4C.
  • Y 1 to Y 2 in Formula 3C are each independently a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, a substituted or unsubstituted pyridinyl group, a substituted or unsubstituted carbazolyl group, a substituted or Unsubstituted dibenzofuranyl group, or substituted or unsubstituted dibenzothiophenyl group, and L 1 , L 2 , L g1 and L g2 are each independently a single bond, or a substituted or unsubstituted C6 to C20 arylene group And R g1 , R g2 and R 15 to R 18 are each independently hydrogen, deuterium, a cyano group, a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted biphenyl group, a substituted or unsubstituted pyridiny
  • the second compound for an organic optoelectronic device may be one selected from compounds listed in Group 2 below, but is not limited thereto.
  • the first organic optoelectronic device compound and the second organic optoelectronic device compound may be included in a weight ratio of 1:99 to 99:1, for example.
  • a weight ratio of 1:99 to 99:1 for example.
  • it may be included in a weight ratio of about 10:90 to 90:10, about 20:80 to 80:20, for example about 20:80 to about 70:30, about 20:80 to about 60:40, And it may be included in a weight ratio of about 20:80 to about 50:50.
  • weight ratio of 20:80 to 40:60 a specific example, may be included in a weight ratio of 30:70, 40:60, or 50:50, for example, may be included in a weight ratio of 30:70.
  • At least one compound may be further included.
  • the above-described compound for an organic optoelectronic device or a composition for an organic optoelectronic device may be a composition further including a dopant.
  • the dopant may be, for example, a phosphorescent dopant, for example, a red, green or blue phosphorescent dopant, and may be, for example, a red or green phosphorescent dopant.
  • a dopant is a material that emits light by being mixed in a small amount with a compound or composition for an organic optoelectronic device.
  • a material such as a metal complex that emits light through multiple excitation excitation in a triplet state or higher is used.
  • the dopant may be, for example, an inorganic, organic, or organic-inorganic compound, and may include one or two or more.
  • the dopant may be a phosphorescent dopant, and examples of the phosphorescent dopant include Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, or a combination thereof. And organometallic compounds to be included.
  • the phosphorescent dopant may be, for example, a compound represented by Chemical Formula Z, but is not limited thereto.
  • M is a metal
  • L c and X c are the same as or different from each other, and are ligands forming a complex compound with M.
  • the M may be, for example, Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, or a combination thereof, and L c and X c are, for example, bi It may be a dentate ligand.
  • the aforementioned compound for an organic optoelectronic device or a composition for an organic optoelectronic device may be formed by a dry film forming method such as chemical vapor deposition.
  • the organic optoelectronic device is not particularly limited as long as it is a device capable of mutually converting electrical energy and light energy, and examples thereof include an organic photoelectric device, an organic light emitting device, an organic solar cell, and an organic photoreceptor drum.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating an organic light-emitting device according to an embodiment.
  • an organic light emitting diode 100 includes an anode 120 and a cathode 110 facing each other, and an organic layer 105 positioned between the anode 120 and the cathode 110. Include.
  • the anode 120 may be made of a conductor having a high work function to facilitate hole injection, for example, and may be made of a metal, a metal oxide, and/or a conductive polymer.
  • the anode 120 may be a metal such as nickel, platinum, vanadium, chromium, copper, zinc, or gold, or an alloy thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO); Combinations of metals and oxides such as ZnO and Al or SnO 2 and Sb; Poly(3-methylthiophene), poly(3,4-(ethylene-1,2-dioxy)thiophene) (polyehtylenedioxythiophene: PEDT), conductive polymers such as polypyrrole and polyaniline, but are limited thereto. It is not.
  • the cathode 110 may be made of, for example, a conductor having a low work function to facilitate electron injection, and may be made of a metal, a metal oxide, and/or a conductive polymer.
  • the negative electrode 110 may be a metal such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin, lead, cesium, barium, or an alloy thereof;
  • a multilayered material such as LiF/Al, LiO 2 /Al, LiF/Ca, LiF/Al, and BaF 2 /Ca may be mentioned, but is not limited thereto.
  • the organic layer 105 may include the aforementioned compound for an organic optoelectronic device or a composition for an organic optoelectronic device.
  • the organic layer 105 may include the emission layer 130, and the emission layer 130 may include the aforementioned compound for an organic optoelectronic device or a composition for an organic optoelectronic device.
  • composition for an organic optoelectronic device further comprising a dopant may be, for example, a green light emitting composition.
  • the emission layer 130 may include, for example, the first compound for an organic optoelectronic device and the compound for a second organic optoelectronic device, respectively, as phosphorescent hosts.
  • the organic layer may further include an auxiliary layer in addition to the emission layer.
  • the auxiliary layer may be, for example, a hole auxiliary layer 140.
  • the organic light-emitting device 200 further includes a hole auxiliary layer 140 in addition to the emission layer 130.
  • the hole auxiliary layer 140 may further increase hole injection and/or hole mobility between the anode 120 and the light emitting layer 130 and block electrons.
  • the hole auxiliary layer 140 may include, for example, at least one of the compounds listed in Group D below.
  • the hole auxiliary layer 140 may include a hole transport layer between the anode 120 and the light emitting layer 130, and a hole transport auxiliary layer between the light emitting layer 130 and the hole transport layer. At least one of the listed compounds may be included in the hole transport auxiliary layer.
  • the organic layer 105 in FIG. 1 or 2 may be an organic light-emitting device further including an electron transport layer, an electron injection layer, and a hole injection layer.
  • the organic light-emitting devices 100 and 200 After forming an anode or a cathode on a substrate, the organic light-emitting devices 100 and 200 form an organic layer by a dry film method such as evaporation, sputtering, plasma plating and ion plating, and then It can be manufactured by forming a cathode or an anode.
  • a dry film method such as evaporation, sputtering, plasma plating and ion plating
  • the organic light emitting device described above can be applied to an organic light emitting display device.
  • a compound presented as a more specific example of the compound of the present invention was synthesized through the following steps.
  • Compound B-34 was synthesized with reference to the contents disclosed in KR10-2018-0129656A.
  • Compound C-1 was synthesized with reference to the contents disclosed in KR10-1970000 B1.
  • the glass substrate coated with ITO (Indium tin oxide) to a thickness of 1500 ⁇ was washed with distilled water and ultrasonic waves. After washing with distilled water, ultrasonic cleaning was performed with a solvent such as isopropyl alcohol, acetone, methanol, etc., dried, transferred to a plasma cleaner, and then cleaned for 10 minutes using oxygen plasma, and then transferred to a vacuum evaporator.
  • a solvent such as isopropyl alcohol, acetone, methanol, etc.
  • the organic light-emitting device has a structure having a five-layer organic thin film layer, and is specifically as follows.
  • a current-voltmeter (Keithley 2400) was used to measure the current value flowing through the unit device, and the measured current value was divided by the area to obtain a result.
  • the luminance was measured at that time using a luminance meter (Minolta Cs-1000A) while increasing the voltage from 0V to 10V, and the result was obtained.
  • the current efficiency (cd/A) of the same current density (10 mA/cm 2 ) was calculated using the luminance, current density, and voltage measured from (1) and (2).
  • the result was obtained by measuring the driving voltage of each device at 15 mA/cm 2 using a current-voltmeter (Keithley 2400).
  • T97 life ratio (%) ⁇ [T97(h) in Example]/ ⁇ [T97(h) in Comparative Example] ⁇ X 100
  • Drive voltage ratio (%) ⁇ [Drive voltage (V) of the embodiment]/ ⁇ [Drive voltage (V) of the comparative example] ⁇ X 100
  • the compound according to the exemplary embodiment of the present invention can be said to be a type in which the optimum point of a form having improved driving, efficiency, and life characteristics compared to the compound according to the comparative example was found.

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Abstract

화학식 1 및 2의 조합으로 표시되는 유기 광전자 소자용 화합물, 이를 포함하는 유기 광전자 소자용 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치에 관한 것이다. 화학식 1 및 2에 대한 상세 내용은 명세서에 기재한 바와 같다.

Description

유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자용 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치
유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자용 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치에 관한 것이다.
유기 광전자 소자(organic optoelectronic diode)는 전기 에너지와 광 에너지를 상호 전환할 수 있는 소자이다.
유기 광전자 소자는 동작 원리에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 광 에너지에 의해 형성된 엑시톤(exciton)이 전자와 정공으로 분리되고 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되면서 전기 에너지를 발생하는 광전 소자이고, 다른 하나는 전극에 전압 또는 전류를 공급하여 전기 에너지로부터 광 에너지를 발생하는 발광 소자이다.
유기 광전자 소자의 예로는 유기 광전 소자, 유기 발광 소자, 유기 태양 전지 및 유기 감광체 드럼(organic photo conductor drum) 등을 들 수 있다.
이 중, 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)는 근래 평판 표시 장치(flat panel display device)의 수요 증가에 따라 크게 주목받고 있다. 유기 발광 소자는 전기 에너지를 빛으로 전환시키는 소자로서, 유기 발광 소자의 성능은 전극 사이에 위치하는 유기 재료에 의해 많은 영향을 받는다.
일 구현예는 고효율 및 장수명 유기 광전자 소자를 구현할 수 있는 유기 광전자 소자용 화합물을 제공한다.
다른 구현예는 상기 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자용 조성물을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 유기 광전자 소자용 화합물 또는 유기 광전자 소자용 조성물을 포함하는 유기 광전자 소자를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 유기 광전자 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1 및 화학식 2의 조합으로 표시되는 유기 광전자 소자용 화합물을 제공한다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000001
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
X는 O 또는 S이고,
a1* 내지 a4* 중 인접한 둘은 각각 b1* 및 b2*와 연결되는 연결 탄소이고,
b1* 및 b2*는 각각 연결 탄소이며,
a1* 내지 a4* 중 b1* 및 b2*와 연결되지 않은 나머지는 각각 독립적으로 C-Ra 이고,
Ra 및 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
Ra 및 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 A로 표현되는 기이며,
Figure PCTKR2020008390-appb-I000002
상기 화학식 A에서,
Z1 내지 Z5는 각각 독립적으로 N 또는 C-Rb이고,
Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 이들의 조합이고,
R1 내지 R4 및 Rb는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 기가 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성하며,
상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C6 내지 C20 아릴기로 치환된 것을 의미한다.
다른 구현예에 따르면, 전술한 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 제1 유기 광전자 소자용 화합물, 및 하기 화학식 3; 또는 하기 화학식 4 및 화학식 5의 조합으로 표시되는 제2 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자용 조성물을 제공한다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000003
상기 화학식 3에서,
Ar1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
고리 B는 하기 화학식 B-1 또는 화학식 B-2로 표시되고,
Figure PCTKR2020008390-appb-I000004
상기 화학식 B-1의 *C1 및 *C2는 각각 연결 탄소이고,
상기 화학식 B-2의 *d1 내지 *d4 중 인접한 둘은 각각 연결 탄소이고, 연결되지 않은 나머지 둘은 각각 독립적으로 C-Rd이고,
Rd 및 R9 및 R14는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
Rd 및 R9 및 R14 중 적어도 하나는 하기 화학식 C로 표현되는 기이고,
Figure PCTKR2020008390-appb-I000005
상기 화학식 C에서,
Ld 내지 Lf는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
Re 및 Rf는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
*은 연결 지점이고;
Figure PCTKR2020008390-appb-I000006
상기 화학식 4 및 화학식 5에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
화학식 4의 인접한 2개의 *은 화학식 5와 연결되고,
화학식 5와 연결되지 않은 화학식 4의 *은 각각 독립적으로 C-Lg-Rg이고,
Lg, L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
Rg 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이다.
또 다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 양극과 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 적어도 1층의 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 상기 유기 광전자 소자용 화합물 또는 유기 광전자 소자용 조성물을 포함하는 유기 광전자 소자를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 유기 광전자 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
고효율 장수명 유기 광전자 소자를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록실기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아민기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C30 아릴실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C3 내지 C30 헤테로시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C2 내지 C30 헤테로아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, C1 내지 C10 트리플루오로알킬기 또는 이들의 조합으로 치환된 것을 의미한다.
본 발명의 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C30 아릴실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C3 내지 C30 헤테로시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기 또는 C2 내지 C30 헤테로아릴기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C20 알킬기 또는 C6 내지 C30 아릴기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C5 알킬기 또는 C6 내지 C18 아릴기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 "인접한 기가 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성"이란, 인접한 기가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족의 단환식 또는 다환식 고리, 인접한 기가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 방향족의 단환식 또는 다환식 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성하는 것을 의미하며, 일 예로 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리에 직접 치환된 인접한 임의의 두 치환기가 서로 연결되어 추가의 고리를 형성하는 것을 의미한다.
예컨대, 본 명세서에 내 화학식 A에서 Z1 내지 Z5 중 인접한 두 기가 각각 C-Rb일 때, 인접한 Rb가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 추가 고리를 형성할 수 있다.
일 실시예에서 인접한 Rb가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 방향족의 단환식 추가 고리를 형성함으로써 상기 화학식 A는 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기 또는 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기가 될 수 있다.
다른 일 실시예에서 인접한 Rb가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 방향족의 다환식 추가 고리를 형성함으로써 상기 화학식 A는 치환 또는 비치환된 벤조퀴나졸리닐기가 될 수 있다.
또 다른 일 실시예에서 인접한 Rb가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 헤테로방향족의 다환식 추가 고리를 형성함으로써 상기 화학식 A는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란피리미디닐기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜피리미디닐기가 될 수 있다.
본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 작용기 내에 N, O, S, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.
본 명세서에서 "아릴(aryl)기"는 탄화수소 방향족 모이어티를 하나 이상 갖는 그룹을 총괄하는 개념으로서, 탄화수소 방향족 모이어티의 모든 원소가 p-오비탈을 가지면서, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 형태, 예컨대 페닐기, 나프틸기 등을 포함하고, 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 시그마 결합을 통하여 연결된 형태, 예컨대 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등을 포함하며, 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 직접 또는 간접적으로 융합된 비방향족 융합 고리, 예컨대 플루오레닐기 등을 포함할 수 있다.
아릴기는 모노시클릭, 폴리시클릭 또는 융합 고리 폴리시클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.
본 명세서에서 "헤테로고리기(heterocyclic group)"는 헤테로아릴기를 포함하는 상위 개념으로서, 아릴기, 시클로알킬기, 이들의 융합고리 또는 이들의 조합과 같은 고리 화합물 내에 탄소 (C) 대신 N, O, S, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 상기 헤테로고리기가 융합고리인 경우, 상기 헤테로고리기 전체 또는 각각의 고리마다 헤테로 원자를 한 개 이상 포함할 수 있다.
일 예로 "헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 2 이상의 헤테로아릴기는 시그마 결합을 통하여 직접 연결되거나, 상기 헤테로아릴기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다. 상기 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기는, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트레닐기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐기, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 p-터페닐기, 치환 또는 비치환된 m-터페닐기, 치환 또는 비치환된 o-터페닐기, 치환 또는 비치환된 크리세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 인데닐기, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기는, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 피롤릴기, 치환 또는 비치환된 피라졸릴기, 치환 또는 비치환된 이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 트리아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사졸일기, 치환 또는 비치환된 티아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸일기, 치환 또는 비치환된 티아디아졸일기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 인돌일기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 벤조티오펜피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈옥사진일기, 치환 또는 비치환된 벤즈티아진일기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페나진일기, 치환 또는 비치환된 페노티아진일기, 치환 또는 비치환된 페녹사진일기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 명세서에서, 정공 특성이란, 전기장(electric field)을 가했을 때 전자를 공여하여 정공을 형성할 수 있는 특성을 말하는 것으로, HOMO 준위를 따라 전도 특성을 가져 양극에서 형성된 정공의 발광층으로의 주입, 발광층에서 형성된 정공의 양극으로의 이동 및 발광층에서의 이동을 용이하게 하는 특성을 의미한다.
또한 전자 특성이란, 전기장을 가했을 때 전자를 받을 수 있는 특성을 말하는 것으로, LUMO 준위를 따라 전도 특성을 가져 음극에서 형성된 전자의 발광층으로의 주입, 발광층에서 형성된 전자의 음극으로의 이동 및 발광층에서의 이동을 용이하게 하는 특성을 의미한다.
일 구현예에 따른 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 화학식 1 및 화학식 2의 조합으로 표시될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000007
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
X는 O 또는 S이고,
a1* 내지 a4* 중 인접한 둘은 각각 b1* 및 b2*와 연결되는 연결 탄소이고,
b1* 및 b2*는 각각 연결 탄소이며,
a1* 내지 a4* 중 b1* 및 b2*와 연결되지 않은 나머지는 각각 독립적으로 C-Ra 이고,
Ra 및 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
Ra 및 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 A로 표현되는 기이며,
Figure PCTKR2020008390-appb-I000008
상기 화학식 A에서,
Z1 내지 Z5는 각각 독립적으로 N 또는 C-Rb이고,
Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 이들의 조합이고,
R1 내지 R4 및 Rb는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 기가 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성하며,
상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C6 내지 C20 아릴기로 치환된 것을 의미한다.
화학식 1 및 화학식 2의 조합으로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물은 디벤조퓨란(또는 디벤조티오펜)이 추가로 융합된 형태인 벤조디벤조퓨란(또는 벤조티벤조티오펜)에 화학식 A로 표시되는 치환기가 직접 연결되는 구조를 갖는다.
이와 같이 추가 융합된 구조를 갖는 화합물은 HOMO phore 확장 및 T1 에너지 레벨을 안정화 시키는데 유리하고, 이로 인해 상기 화합물이 적용된 유기 발광 소자는 장수명 특성을 구현할 수 있다.
또한, 상기 화합물은 추가 융합된 벤조디벤조퓨란(또는 벤조티벤조티오펜) 구조에 화학식 A로 표시되는 치환기가 (연결기 없이) 직접 치환됨으로써 빠른 전자 이동 특성을 갖게 되며, 이로 인해 상기 화합물이 적용된 유기 발광 소자는 저구동 특성 구현에 유리하다.
즉, 상기 화학식 1 및 화학식 2의 조합으로 표시되는 화합물을 적용함으로써 저구동 및 장수명 특성을 갖는 유기 발광 소자를 구현할 수 있다.
일 예로 상기 화학식 1 및 화학식 2의 융합 지점에 따라 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-9 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000009
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-9에서, X 및 R1 내지 R8은 전술한 바와 같고, Rc, Rd, 및 Ra1 내지 Ra4은 전술한 R1 내지 R8의 정의와 같다.
구체적인 일 예로 상기 화학식 1-1 또는 화학식 1-3으로 표시될 수 있으며, 이 경우 인광 호스트에 적절한 T1 에너지레벨을 구현할 수 있어 더욱 유리한 효과를 보인다.
일 예로 상기 화학식 A로 표시되는 기의 구체적인 치환 위치에 따라 상기 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 화학식 1a 내지 화학식 1d 중 어느 하나와 상기 화학식 2의 조합으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000010
상기 화학식 1a 내지 화학식 1d에서, X, R1 내지 R4, a1* 내지 a4* 및 Z1 내지 Z5는 전술한 바와 같다.
구체적으로 상기 화학식 1a 내지 화학식 1d 중 어느 하나와 상기 화학식 2가 조합되어 하기 화학식 1a-2-1 내지 화학식 1d-2-1, 화학식 1a-2-2 내지 화학식 1d-2-2, 화학식 1a-2-3 내지 화학식 1d-2-3, 화학식 1a-2-4, 화학식 1b-2-4, 화학식 1a-2-5, 화학식 1b-2-5, 화학식 1a-2-6, 화학식 1b-2-6, 화학식 1a-2-7, 화학식 1b-2-7, 화학식 1a-2-8, 및 화학식 1b-2-8 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000011
Figure PCTKR2020008390-appb-I000012
Figure PCTKR2020008390-appb-I000013
상기 화학식 1a-2-1 내지 화학식 1d-2-1, 화학식 1a-2-2 내지 화학식 1d-2-2 및 화학식 1a-2-3 내지 화학식 1d-2-3, 화학식 1a-2-4, 화학식 1b-2-4, 화학식 1a-2-5, 화학식 1b-2-5, 화학식 1a-2-6, 화학식 1b-2-6, 화학식 1a-2-7, 화학식 1b-2-7, 화학식 1a-2-8, 및 화학식 1b-2-8에서, X, Rc, Rd, R1 내지 R8, Ra1 내지 Ra4 및 Z1 내지 Z5는 전술한 바와 같다.
더욱 구체적으로 일 실시예에 따른 유기 광전자 소자용 화합물은 상기 화학식 1a-2-1 또는 화학식 1a-2-3로 표시될 수 있다.
다른 일 예로 상기 화학식 A로 표시되는 기의 구체적인 치환 위치에 따라 상기 유기 광전자 소자용 화합물은 상기 화학식 1e 내지 화학식 1h 중 어느 하나와 상기 화학식 2의 조합으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000014
상기 화학식 1e 내지 화학식 1h에서, a1* 내지 a4*, R1 내지 R4, 및 Z1 내지 Z5는 전술한 바와 같다.
구체적으로 상기 화학식 1e 내지 화학식 1h 중 어느 하나와 상기 화학식 2가 조합되어 하기 화학식 1e-2-1, 화학식 1f-2-1, 화학식 1e-2-2, 화학식 1h-2-2, 화학식 1g-2-3, 화학식 1h-2-3, 화학식 1e-2-5, 화학식 1f-2-5, 화학식 1e-2-6, 화학식 1f-2-6, 화학식 1e-2-8, 및 화학식 1f-2-8 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000015
Figure PCTKR2020008390-appb-I000016
Figure PCTKR2020008390-appb-I000017
상기 하기 화학식 1e-2-1, 화학식 1f-2-1, 화학식 1e-2-2, 화학식 1h-2-2, 화학식 1g-2-3, 화학식 1h-2-3, 화학식 1e-2-5, 화학식 1f-2-5, 화학식 1e-2-6, 화학식 1f-2-6, 화학식 1e-2-8, 및 화학식 1f-2-8에서, X, Rc, Rd, R1 내지 R8 및 Ra1, Ra3, Ra4 및 Z1 내지 Z5는 전술한 바와 같다.
더욱 구체적으로 일 실시예에 따른 유기 광전자 소자용 화합물은 상기 화학식 1e-2-1, 화학식 1f-2-1, 화학식 1e-2-1, 화학식 1e-2-2, 화학식 1g-2-3 및 화학식 1h-2-3 중에서 선택될 수 있다.
가장 구체적인 일 실시예에 따른 유기 광전자 소자용 화합물은 상기 화학식 1a-2-1, 화학식 1e-2-1 및 화학식 1e-2-2 중에서 선택될 수 있다.
상기 Rc, Rd, R1 내지 R8 및 Ra1 내지 Ra4는 구체적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, C1 내지 C10 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C12 아릴기일 수 있고, 예컨대 모두 수소일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 A에서, Z1 내지 Z5는 구체적으로 N 또는 C-Rb일 수 있고, Z1 내지 Z5 중 적어도 둘은 N일 수 있다.
상기 Z1 내지 Z5로 이루어진 화학식 A로 표현되는 기는, 구체적으로 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란피리미디닐기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜피리미디닐기일 수 있다.
예컨대 상기 화학식 A로 표현되는 기는, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기 또는 치환 또는 비치환된 트리아지닐기일 수 있다.
상기 화학식 A에서, Rb는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 디벤조실롤일기, 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조나프토티오펜일기일 수 있다.
상기 화학식 A의 Rb가 치환되는 경우 치환기는 예컨대 중수소, 시아노기, C1 내지 C5 알킬기, 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
더욱 구체적인 일 예로 상기 화학식 A로 표현되는 기는, 하기 그룹 Ⅰ에 나열된 치환기 중에서 선택될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000018
상기 그룹 Ⅰ에서, *은 연결 지점이다.
예컨대 상기 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 그룹 1에 나열된 화합물에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000019
Figure PCTKR2020008390-appb-I000020
Figure PCTKR2020008390-appb-I000021
Figure PCTKR2020008390-appb-I000022
Figure PCTKR2020008390-appb-I000023
Figure PCTKR2020008390-appb-I000024
일 구현예에 따른 유기 광전자 소자용 조성물은 전술한 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 제1 유기 광전자 소자용 화합물, 및 하기 화학식 3; 또는 하기 화학식 4 및 화학식 5의 조합으로 표시되는 제2 유기 광전자 소자용 화합물을 포함할 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000025
상기 화학식 3에서,
Ar1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
고리 B는 하기 화학식 B-1 또는 화학식 B-2로 표시되고,
Figure PCTKR2020008390-appb-I000026
상기 화학식 B-1의 *C1 및 *C2는 각각 연결 탄소이고,
상기 화학식 B-2의 *d1 내지 *d4 중 인접한 둘은 각각 연결 탄소이고, 연결되지 않은 나머지 둘은 각각 독립적으로 C-Rd이고,
Rd 및 R9 및 R14는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
Rd 및 R9 및 R14 중 적어도 하나는 하기 화학식 C로 표현되는 기이고,
Figure PCTKR2020008390-appb-I000027
상기 화학식 C에서,
Ld 내지 Lf는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
Re 및 Rf는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
*은 연결 지점이고;
Figure PCTKR2020008390-appb-I000028
상기 화학식 4 및 화학식 5에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
화학식 4의 인접한 2개의 *은 화학식 5와 연결되고,
화학식 5와 연결되지 않은 화학식 4의 *은 각각 독립적으로 C-Lg-Rg이고,
Lg, L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
Rg 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이다.
상기 제2 유기 광전자 소자용 화합물은 상기 제1 유기 광전자 소자용 화합물과 함께 발광층에 사용되어 전하의 이동성을 높이고 안정성을 높임으로써 발광 효율 및 수명 특성을 개선시킬 수 있다.
일 예로, 상기 화학식 3으로 표시되는 상기 제2 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 화학식 3B-1, 화학식 3B-2A, 화학식 3B-2B 및 화학식 3B-2C 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000029
상기 화학식 3B-1, 화학식 3B-2A, 화학식 3B-2B 및 화학식 3B-2C에서, Ar1, Rd 및 R9 및 R14는 전술한 바와 같다.
일 예로, 상기 화학식 4 및 화학식 5의 조합으로 표시되는 제2 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 화학식 화학식 4A 내지 화학식 4E 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000030
상기 화학식 4A 내지 화학식 4E에서, Y1 및 Y2, L1 및 L2, 및 R15 내지 R18은 전술한 바와 같고,
Lg1 내지 Lg4은 전술한 L1 및 L2의 정의와 같으며,
Rg1 내지 Rg4은 전술한 R15 내지 R18의 정의와 같다.
예컨대, 상기 화학식 4 및 5의 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기이고,
Rg1 내지 Rg4 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서, 상기 화학식 4 및 5의 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 하기 그룹 Ⅱ에 나열된 치환기에서 선택될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000031
상기 그룹 Ⅱ에서, *은 각각 L1 및 L2와의 연결 지점이다.
일 실시예에서, 상기 Rg1 내지 Rg4 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기일 수 있다.
예컨대 상기 Rg1 내지 Rg4 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있으며,
구체적인 일 실시예에서, 상기 Rg1 내지 Rg4은 각각 수소이고, R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 또는 페닐기일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서, 상기 제2 유기 광전자 소자용 화합물은 상기 화학식 4C로 표현될 수 있다.
여기서, 상기 화학식 3C의 Y1 내지 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기이고, L1, L2, Lg1 및 Lg2는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고, Rg1, Rg2 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기일 수 있다.
예컨대 제2 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 그룹 2에 나열된 화합물에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000032
Figure PCTKR2020008390-appb-I000033
Figure PCTKR2020008390-appb-I000034
제1 유기 광전자 소자용 화합물과 제2 유기 광전자 소자용 화합물은 예컨대 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함됨으로써 제1 유기 광전자 소자용 화합물의 전자 수송 능력과 제2 유기 광전자 소자용 화합물의 정공 수송 능력을 이용해 적절한 중량비를 맞추어 바이폴라 특성을 구현하여 효율과 수명을 개선할 수 있다. 상기 범위 내에서 예컨대 약 10:90 내지 90:10, 약 20:80 내지 80:20의 중량비로 포함될 수 있고, 예컨대 약 20:80 내지 약 70: 30, 약 20:80 내지 약 60:40, 그리고 약 20:80 내지 약 50:50의 중량비로 포함될 수 있다. 일 예로, 20:80 내지 40:60의 중량비로 포함될 수 있고, 구체적인 일 예로, 30:70, 40:60 또는 50:50의 중량비로 포함될 수 있으며, 예컨대 30:70의 중량비로 포함될 수 있다.
전술한 제1 유기 광전자 소자용 화합물 및 제2 유기 광전자 소자용 화합물 외에 1종 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.
전술한 유기 광전자 소자용 화합물 또는 유기 광전자 소자용 조성물은 도펀트를 더 포함하는 조성물일 수 있다.
도펀트는 예컨대 인광 도펀트일 수 있고, 예컨대 적색, 녹색 또는 청색의 인광 도펀트일 수 있고, 예컨대 적색 또는 녹색 인광 도펀트일 수 있다.
도펀트는 유기 광전자 소자용 화합물 또는 조성물에 미량 혼합되어 발광을 일으키는 물질로, 일반적으로 삼중항 상태 이상으로 여기시키는 다중항 여기(multiple excitation)에 의해 발광하는 금속 착체(metal complex)와 같은 물질이 사용될 수 있다. 도펀트는 예컨대 무기, 유기, 유무기 화합물일 수 있으며, 1종 또는 2종 이상 포함될 수 있다.
도펀트의 일 예로 인광 도펀트를 들 수 있으며, 인광 도펀트의 예로는 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd 또는 이들의 조합을 포함하는 유기 금속화합물을 들 수 있다. 인광 도펀트는 예컨대 하기 화학식 Z로 표현되는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000035
상기 화학식 Z에서, M은 금속이고, Lc 및 Xc는 서로 같거나 다르며 M과 착화합물을 형성하는 리간드이다.
상기 M은 예컨대 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 Lc 및 Xc는 예컨대 바이덴테이트 리간드일 수 있다.
전술한 유기 광전자 소자용 화합물 또는 유기 광전자 소자용 조성물은 화학기상증착과 같은 건식 성막법에 의해 형성될 수 있다.
이하 상술한 유기 광전자 소자용 화합물 또는 유기 광전자 소자용 조성물을 적용한 유기 광전자 소자를 설명한다.
유기 광전자 소자는 전기 에너지와 광 에너지를 상호 전환할 수 있는 소자이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 유기 광전 소자, 유기 발광 소자, 유기 태양 전지 및 유기 감광체 드럼 등을 들 수 있다.
여기서는 유기 광전자 소자의 일 예인 유기 발광 소자를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 소자 (100)는 서로 마주하는 양극(120)과 음극(110), 그리고 양극(120)과 음극(110) 사이에 위치하는 유기층(105)을 포함한다.
양극(120)은 예컨대 정공 주입이 원활하도록 일 함수가 높은 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 금속 산화물 및/또는 도전성 고분자로 만들어질 수 있다. 양극(120)은 예컨대 니켈, 백금, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO와 Al 또는 SnO2와 Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리(3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜)(polyehtylenedioxythiophene: PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 도전성 고분자 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
음극(110)은 예컨대 전자 주입이 원활하도록 일 함수가 낮은 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 금속 산화물 및/또는 도전성 고분자로 만들어질 수 있다. 음극(110)은 예컨대 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기층(105)은 전술한 유기 광전자 소자용 화합물 또는 유기 광전자 소자용 조성물을 포함할 수 있다.
상기 유기층(105)는 발광층(130)을 포함하고, 발광층(130)은 전술한 유기 광전자 소자용 화합물 또는 유기 광전자 소자용 조성물을 포함할 수 있다.
도펀트를 더욱 포함하는 상기 유기 광전자 소자용 조성물은 예컨대 녹색 발광 조성물일 수 있다.
발광층(130)은 예컨대 전술한 제1 유기 광전자 소자용 화합물과 제2 유기 광전자 소자용 화합물을 각각 인광 호스트로서 포함할 수 있다.
유기층은 발광층 외에 보조층을 더 포함할 수 있다.
상기 보조층은 예컨대 정공 보조층(140)일 수 있다.
도 2를 참고하면, 유기 발광 소자(200)는 발광층(130) 외에 정공 보조층(140)을 더 포함한다. 정공 보조층(140)은 양극(120)과 발광층(130) 사이의 정공 주입 및/또는 정공 이동성을 더욱 높이고 전자를 차단할 수 있다.
상기 정공 보조층(140)은 예컨대 하기 그룹 D에 나열된 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 정공 보조층(140)은 양극(120)과 발광층(130) 사이의 정공 수송층, 및 상기 발광층(130)과 상기 정공 수송층 사이의 정공 수송 보조층을 포함할 수 있고, 하기 그룹 D에 나열된 화합물 중 적어도 하나는 상기 정공 수송 보조층에 포함될 수 있다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000036
Figure PCTKR2020008390-appb-I000037
상기 정공 수송 보조층에는 전술한 화합물 외에도 US5061569A, JP1993-009471A, WO1995-009147A1, JP1995-126615A, JP1998-095973A 등에 기재된 공지의 화합물 및 이와 유사한 구조의 화합물도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에서는 도 1 또는 도 2에서 유기층(105)으로서 추가로 전자 수송층, 전자주입층, 전공주입층 등을 더 포함한 유기 발광 소자일 수도 있다.
유기 발광 소자(100, 200)는 기판 위에 양극 또는 음극을 형성한 후, 진공증착법(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 도금 및 이온도금과 같은 건식성막법 등으로 유기층을 형성한 후, 그 위에 음극 또는 양극을 형성하여 제조할 수 있다.
상술한 유기 발광 소자는 유기 발광 표시 장치에 적용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 　다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
이하, 실시예 및 합성예에서 사용된 출발물질 및 반응물질은 특별한 언급이 없는 한, Sigma-Aldrich 社, TCI 社, tokyo chemical industry 또는 P&H tech에서 구입하였거나, 공지된 방법을 통해 합성하였다.
(유기 광전자 소자용 화합물의 제조)
본 발명의 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 화합물을 하기 단계를 통해 합성하였다.
(제1 유기 광전자 소자용 화합물의 제조)
합성예 1: 화합물 A-6의 합성
Figure PCTKR2020008390-appb-I000038
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C37H23N3O: 525.18, found: 526.33
합성예 2: 화합물 A-7의 합성
Figure PCTKR2020008390-appb-I000039
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C41H25N3O: 575.20, found: 576.33
합성예 3: 화합물 A-5의 합성
Figure PCTKR2020008390-appb-I000040
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C41H25N3O: 575.20, found: 576.39
합성예 4: 화합물 B-34의 합성
KR10-2018-0129656A에 개시된 내용을 참고하여 화합물 B-34를 합성하였다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000041
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C45H27N3O: 610.24, found: 611.24
비교합성예 1: 화합물 C-1의 합성
KR10-1970000 B1에 개시된 내용을 참고하여 화합물 C-1을 합성하였다.
Figure PCTKR2020008390-appb-I000042
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C45H27N3O: 625.22, found: 626.20
비교합성예 2: 화합물 C-2의 합성
Figure PCTKR2020008390-appb-I000043
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C39H25N3O: 551.20, found: 552.20
(유기 발광 소자의 제작)
실시예 1
ITO (Indium tin oxide)가 1500Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송 시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 10분간 세정 한 후 진공 증착기로 기판을 이송하였다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극을 양극으로 사용하여 ITO 기판 상부에 화합물 A을 진공 증착하여 700Å 두께의 정공 주입층을 형성하고 상기 주입층 상부에 화합물 B를 50Å의 두께로 증착한 후, 화합물 C를 700Å의 두께로 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층 상부에 화합물 C-1을 400Å의 두께로 증착하여 정공수송보조층을 형성하였다. 정공수송보조층 상부에 화합물 A-6을 호스트로 사용하고 도판트로 [Ir(piq)2acac] 2wt% 로 도핑하여 진공 증착으로 400Å 두께의 발광층을 형성하였다. 이어서 상기 발광층 상부에 화합물 D와 Liq를 동시에 1:1 비율로 진공 증착하여 300Å 두께의 전자수송층을 형성하고 상기 전자수송층 상부에 Liq 15Å과 Al 1200Å을 순차적으로 진공 증착 하여 음극을 형성함으로써 유기발광소자를 제작하였다.
상기 유기발광소자는 5층의 유기 박막층을 가지는 구조로 되어 있으며, 구체적으로 다음과 같다.
ITO/화합물A(700Å)/화합물B(50Å)/화합물C(700Å)/화합물C-1(400Å)/EML[화합물 A-6:[Ir(piq)2acac] (2wt%)] (400Å) / 화합물D : Liq(300Å) / Liq(15Å) / Al(1,200Å)의 구조로 제작하였다.
화합물 A: N4,N4'-diphenyl-N4,N4'-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)biphenyl-4,4'-diamine
화합물 B: 1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile (HAT-CN)
화합물 C: N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine
화합물 C-1: N,N-di([1,1'-biphenyl]-4-yl)-7,7-dimethyl-7H-fluoreno[4,3-b]benzofuran-10-amine
화합물 D: 8-(4-(4,6-di(naphthalen-2-yl)-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)quinoline
실시예 2 내지 10 및 비교예 1 내지 비교예 4
하기 표 1 내지 표 4에 기재한 바와 같이 발광층 호스트를 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 10 및 비교예 1 내지 비교예 4의 소자를 제작하였다.
평가: 구동전압, 전류효율, 수명 특성 측정
상기 실시예 1 내지 10, 및 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 유기 발광 소자의 구동전압, 전류효율, 수명 특성을 평가하였다. 구체적인 측정방법은 하기와 같고, 그 결과는 표 1 내지 4와 같다.
(1) 전압변화에 따른 전류밀도의 변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0V 부터 10V까지 상승시키면서 전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 단위소자에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 면적으로 나누어 결과를 얻었다.
(2) 전압변화에 따른 휘도변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0V 부터 10V까지 상승시키면서 휘도계(Minolta Cs-1000A)를 이용하여 그 때의 휘도를 측정하여 결과를 얻었다.
(3) 전류 효율 측정
상기(1) 및 (2)로부터 측정된 휘도와 전류밀도 및 전압을 이용하여 동일 전류밀도(10 mA/cm2)의 전류 효율(cd/A)을 계산하였다.
(4) 구동전압 측정
전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 15 mA/cm2에서 각 소자의 구동전압을 측정하여 결과를 얻었다.
(5) 수명 측정
제조된 유기발광소자에 대해 폴라로닉스 수명측정 시스템을 사용하여 실시예 1 내지 10, 및 비교예 1 내지 4 의 소자를 초기 휘도(cd/m2)를 9000cd/m2로 발광시키고 시간경과에 따른 휘도의 감소를 측정하여 초기 휘도 대비 97%로 휘도가 감소된 시점을 T97 수명으로 측정하였다.
(6) T97 수명비(%) 계산
T97(h)의 상대 비교값을 나타낸다.
T97 수명비(%) = {[실시예의 T97(h)]/ {[비교예의 T97(h)]} X 100
(7) 구동전압비(%) 계산
구동전압(V)의 상대 비교값을 나타낸다.
구동전압비(%) = {[실시예의 구동전압(V)]/ {[비교예의 구동전압(V)]} X 100
(8) 전류효율비(%) 계산
전류효율(Cd/A)의 상대 비교값을 나타낸다.
전류효율비(%)={[실시예의 전류효율(Cd/A)]/ {[비교예의 전류효율(Cd/A)]}X 100
Figure PCTKR2020008390-appb-T000001
Figure PCTKR2020008390-appb-T000002
Figure PCTKR2020008390-appb-T000003
Figure PCTKR2020008390-appb-T000004
표 1 내지 표 4를 참고하면, 본 발명에 따른 화합물은 비교예에 따른 화합물 대비 전류효율 및 수명 특성이 크게 개선된 것을 확인할 수 있다.
화합물 C-1과 비교하면 수명 특성을 유사한 수준으로 유지하면서도 전류 효율 및 구동 전압에서 큰 개선을 보이며, 화합물 C-2와 비교하면 구동 전압 특성을 유사한 수준으로 유지하면서도 전류 효율 및 수명에서 큰 개선을 보였다. 본 발명의 실시예에 따른 화합물은 비교예에 따른 화합물 대비 구동, 효율, 수명 특성이 모두 향상된 형태의 최적점을 찾은 형태라고 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100, 200: 유기 발광 소자
105: 유기층
110: 음극
120: 양극
130: 발광층
140: 정공 보조층

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1 및 화학식 2의 조합으로 표시되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000044
    상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
    X는 O 또는 S이고,
    a1* 내지 a4* 중 인접한 둘은 각각 b1* 및 b2*와 연결되는 연결 탄소이고,
    b1* 및 b2*는 각각 연결 탄소이며,
    a1* 내지 a4* 중 b1* 및 b2*와 연결되지 않은 나머지는 각각 독립적으로 C-Ra 이고,
    Ra 및 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    Ra 및 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 A로 표현되는 기이며,
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000045
    상기 화학식 A에서,
    Z1 내지 Z5는 각각 독립적으로 N 또는 C-Rb이고,
    Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
    Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R4 및 Rb는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 기가 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성하며,
    상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C6 내지 C20 아릴기로 치환된 것을 의미한다.
  2. 제1항에서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-9 중 어느 하나로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000046
    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-9에서,
    X는 O 또는 S이고,
    Rc, Rd, Ra1 내지 Ra4 및 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    Rc, Rd, Ra1 내지 Ra4 및 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 A로 표현되는 기이며,
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000047
    상기 화학식 A에서,
    Z1 내지 Z5는 각각 독립적으로 N 또는 C-Rb이고,
    Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
    Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 이들의 조합이고,
    상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C6 내지 C20 아릴기로 치환된 것을 의미한다.
  3. 제1항에서,
    하기 화학식 1a 및 상기 화학식 2의 조합으로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000048
    상기 화학식 1a 및 화학식 2에서,
    X는 O 또는 S이고,
    a1* 내지 a4* 중 인접한 둘은 각각 b1* 및 b2*와 연결되는 연결 탄소이고,
    b1* 및 b2*는 각각 연결 탄소이며,
    a1* 내지 a4* 중 b1* 및 b2*와 연결되지 않은 나머지는 각각 독립적으로 C-Ra 이고,
    Ra 및 R1 내지 R3 및 R5 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    Z1 내지 Z5는 각각 독립적으로 N 또는 C-Rb이고,
    Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
    Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R3 및 Rb는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 기가 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성하며,
    상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C6 내지 C20 아릴기로 치환된 것을 의미한다.
  4. 제1항에서,
    상기 화학식 1e 및 하기 화학식 2의 조합으로 표시되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000049
    상기 화학식 1e 및 화학식 2에서,
    X는 O 또는 S이고,
    a1* 내지 a3* 중 인접한 둘은 각각 b1* 및 b2*와 연결되는 연결 탄소이고,
    b1* 및 b2*는 각각 연결 탄소이며,
    a1* 내지 a3* 중 b1* 및 b2*와 연결되지 않은 나머지는 각각 독립적으로 C-Ra 이고,
    Ra 및 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    Z1 내지 Z5는 각각 독립적으로 N 또는 C-Rb이고,
    Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
    Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R4 및 Rb는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 기가 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성하며,
    상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C6 내지 C20 아릴기로 치환된 것을 의미한다.
  5. 제1항에서,
    하기 화학식 1a-2-1 또는 화학식 1e-2-1로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000050
    상기 화학식 1a-2-1 및 화학식 1e-2-1에서,
    X는 O 또는 S이고,
    Ra3, Ra4 및 R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    Z1 내지 Z5는 각각 독립적으로 N 또는 C-Rb이고,
    Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
    Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R4 및 Rb는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 기가 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족의 단환식 또는 다환식 고리를 형성하며,
    상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C6 내지 C20 아릴기로 치환된 것을 의미한다.
  6. 제1항에서,
    상기 화학식 A로 표현되는 기는, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란피리미디닐기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜피리미디닐기인, 유기 광전자 소자용 화합물.
  7. 제1항에서,
    상기 화학식 A로 표현되는 기는, 하기 그룹 Ⅰ에 나열된 치환기 중에서 선택되는 하나인, 유기 광전자 소자용 화합물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000051
    상기 그룹 Ⅰ에서,
    *은 연결 지점이다.
  8. 제1항에서,
    하기 그룹 1에 나열된 화합물 중에서 선택되는 하나인 유기 광전자 소자용 화합물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000052
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000053
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000054
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000055
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000056
  9. 상기 제1항에 따른 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 제1 유기 광전자 소자용 화합물, 및
    하기 화학식 3; 또는 하기 화학식 4 및 화학식 5의 조합으로 표시되는 제2 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자용 조성물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000057
    상기 화학식 3에서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    고리 B는 하기 화학식 B-1 또는 화학식 B-2로 표시되고,
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000058
    상기 화학식 B-1의 *C1 및 *C2는 연결 탄소이고,
    상기 화학식 B-2의 *d1 내지 *d4 중 인접한 둘은 각각 연결 탄소이고, 연결되지 않은 나머지 둘은 각각 독립적으로 C-Rd이고,
    Rd 및 R9 및 R14는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    Rd 및 R9 및 R14 중 적어도 하나는 하기 화학식 C로 표현되는 기이고,
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000059
    상기 화학식 C에서,
    Ld 내지 Lf는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    Re 및 Rf는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    *은 연결 지점이고;
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000060
    상기 화학식 4 및 화학식 5에서,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
    화학식 4의 인접한 2개의 *은 화학식 5와 연결되고,
    화학식 5와 연결되지 않은 화학식 4의 *은 각각 독립적으로 C-Lg-Rg이고,
    Lg, L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    Rg 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 화학식 4C로 표현되는 유기 광전자 소자용 조성물:
    Figure PCTKR2020008390-appb-I000061
    상기 화학식 4C에서,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기이고,
    L1, L2, Lg1 및 Lg2는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    Rg1, Rg2 및 R15 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기이다.
  11. 서로 마주하는 양극과 음극,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 적어도 1층의 유기층을 포함하고,
    상기 유기층은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유기 광전자 소자용 화합물; 또는
    제9항 또는 제10항에 따른 유기 광전자 소자용 조성물
    을 포함하는 유기 광전자 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유기층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 유기 광전자 소자용 화합물 또는 상기 유기 광전자 소자용 조성물을 포함하는 유기 광전자 소자.
  13. 제11항에 따른 유기 광전자 소자를 포함하는 표시 장치.
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