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KR102770366B1 - 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기발광 소자 - Google Patents

신규한 화합물 및 이를 이용한 유기발광 소자 Download PDF

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KR102770366B1
KR102770366B1 KR1020200002775A KR20200002775A KR102770366B1 KR 102770366 B1 KR102770366 B1 KR 102770366B1 KR 1020200002775 A KR1020200002775 A KR 1020200002775A KR 20200002775 A KR20200002775 A KR 20200002775A KR 102770366 B1 KR102770366 B1 KR 102770366B1
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Abstract

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

Description

신규한 화합물 및 이를 이용한 유기발광 소자{Novel compound and organic light emitting device comprising the same}
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.
유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물 층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물 층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자에 사용되는 유기물에 대하여 새로운 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
한편, 최근에는 공정 비용 절감을 위하여 기존의 증착 공정 대신 용액 공정, 특히 잉크젯 공정을 이용한 유기 발광 소자가 개발되고 있다. 초창기에는 모든 유기 발광 소자 층을 용액 공정으로 코팅하여 유기 발광 소자를 개발하려 하였으나 현재 기술로는 한계가 있어, 정구조 형태에서 HIL, HTL, EML만을 용액 공정으로 진행하고 추후 공정은 기존의 증착 공정을 활용하는 하이브리드(hybrid) 공정이 연구 중이다.
이에 본 발명에서는 유기 발광 소자에 사용될 수 있으면서 동시에 용액 공정에 사용 가능한 신규한 유기 발광 소자의 소재를 제공한다.
한국특허 공개번호 제10-2013-073537호
본 발명은 신규한 화합물 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112020002254177-pat00001
상기 화학식 1에서,
두 개의 *은 C1, C2 및 C3 중 인접한 두 개의 탄소와 각각 연결되고,
두 개의 *'은 C'1, C'2 및 C'3 중 인접한 두 개의 탄소와 각각 연결되고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-60알킬, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴, N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴이거나, 또는 R1 및 R2가 서로 결합하여 C6-60 스피로 고리를 형성하고,
L1, L2, L'1 및 L'2는 각각 독립적으로, 직접 결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌이고,
Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴, 또는 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴이고, 단, Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2 중 하나 이상이 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴이고,
Ar3 및 Ar'3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴이다.
또한, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 전술한 본 발명의 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 유기물 층의 재료로서 사용될 수 있으며, 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공주입, 정공수송, 정공주입 및 수송, 발광, 전자수송, 또는 전자주입 재료로 사용될 수 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자주입 및 수송층(8) 및 음극(4)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다.
(용어의 정의)
본 명세서에서, 는 다른 치환기에 연결되는 결합을 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 사이클로펜틸메틸,사이클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 사이클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-디메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-디메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 상기 플루오레닐기가 치환되는 경우, 등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종 원소로 O, N, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민 중 헤테로아릴은 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아르알케닐기 중 알케닐기는 전술한 알케닐기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 아릴기 또는 사이클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
(화합물)
본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
바람직하게는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-9로 표시된다:
[화학식 1-1]
Figure 112020002254177-pat00007
[화학식 1-2]
Figure 112020002254177-pat00008
[화학식 1-3]
Figure 112020002254177-pat00009
[화학식 1-4]
Figure 112020002254177-pat00010
[화학식 1-5]
Figure 112020002254177-pat00011
[화학식 1-6]
Figure 112020002254177-pat00012
[화학식 1-7]
Figure 112020002254177-pat00013
[화학식 1-8]
Figure 112020002254177-pat00014
[화학식 1-9]
Figure 112020002254177-pat00015
상기 화학식 1-1 내지 1-9에서,
R1, R2, Ar1, Ar'1, Ar2, Ar'2, Ar3, Ar'3, L1, L'1, L1 및 L'1는 앞서 정의한 바와 같음.
바람직하게는, R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-10 알킬, 페닐 또는 피리디닐이거나, R1 및 R2가 서로 결합하여
Figure 112020002254177-pat00016
,
Figure 112020002254177-pat00017
,
Figure 112020002254177-pat00018
,
Figure 112020002254177-pat00019
또는
Figure 112020002254177-pat00020
의 스피로 고리를 형성하고, 여기서 *는 스피로 결합 위치이다. 상기 페닐 및 스피로 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나; 또는 C1-10 알킬, 페녹시 또는 할로겐으로 하나 이상 치환된다.
바람직하게는, L1, L2, L'1 및 L'2는 각각 독립적으로, 직접 결합; 페닐렌; 또는 나프틸렌이다.
바람직하게는, Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2는 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 터페닐릴, 나프틸, 페난트레닐, 트리페닐레닐, 디메틸플루오레닐, 디메틸벤조플루오레닐, 디페닐플루오레닐, 디페닐벤조플루오레닐, 피리디닐, 벤조이미다졸릴, 벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 벤조나프토퓨라닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 벤조나프토티오페닐, 카바졸-9-일, 9-페닐-9H-카바졸릴, 디페닐트리아진, 또는 디하이드로아크리디닐이고,
Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2는 각각 독립적으로 비치환되거나; 또는 C1-10 알킬, 할로겐, 페닐, 트리(C1-10 알킬)실릴 또는 트리(C6-30 아릴)실릴로 하나 이상 치환되고,
단, Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2 중 하나 이상이 피리디닐, 벤조이미다졸릴, 벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 벤조나프토퓨라닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 벤조나프토티오페닐, 카바졸-9-일, 9-페닐-9H-카바졸릴, 디페닐트리아진, 또는 디하이드로아크리디닐이다.
바람직하게는, Ar3 및 Ar'3은 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 피리딘, 또는 디메틸플루오레닐이고,
Ar3 및 Ar'3은 각각 독립적으로 비치환되거나; 또는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸 또는 tert-부틸로 치환된다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기와 같다:
Figure 112020002254177-pat00021
Figure 112020002254177-pat00022
Figure 112020002254177-pat00023
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Figure 112020002254177-pat00027
Figure 112020002254177-pat00028
Figure 112020002254177-pat00029
Figure 112020002254177-pat00030
Figure 112020002254177-pat00031
.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 유기물 층의 재료로서 사용될 수 있으며, 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기존 물질에 비하여 최적의 소자 성능을 위한 발광 프로필을 가지며 용해도가 증가하여 공정성이 개선되는 장점이 있다. 특히, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 용액 공정에 적용할 수 있으며, 정공주입, 정공수송, 정공주입 및 수송, 발광, 전자수송, 또는 전자주입 재료로 사용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 A를 거쳐 제조할 수 있다.
[반응식 A]
Figure 112020002254177-pat00032
상기 반응식 A에서, X 및 X'를 를 제외한 다른 치환기에 대한 정의는 앞서 설명한 바와 같고, , X 및 X'는 할로겐이고, 바람직하게는 각각 독립적으로 브로모, 또는 클로로이다.
상기 반응식 A는 아미네이션 반응으로 팔라듐 촉매와 염기 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 상기 반응을 위한 촉매, 용매 등은 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서, 각 치환기의 위치는 상기 반응식 1을 참조하여 적절하게 출발물질의 구조를 변화시킴으로써 제조할 수 있다. 이러한 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
(코팅 조성물)
본 발명에 따른 화합물은 용액 공정으로 유기 발광 소자의 유기물 층, 특히 발광층을 형성할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 화합물 및 용매를 포함하는 코팅 조성물을 제공한다.
상기 용매는 본 발명에 따른 화합물을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매이면 특별히 제한되지 않으며, 일례로 클로로포름, 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠 등의 염소계 용매; 테트라하이드로퓨란, 디옥산 등의 에테르계 용매; 톨루엔, 크실렌, 트리메틸벤젠, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소계 용매; 시클로헥산, 메틸시클로헥산, n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, n-노난, n-데칸 등의 지방족 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; 디메틸술폭사이드 등의 술폭사이드계 용매; 및 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드계 용매; 부틸벤조에이트, 메틸-2-메톡시벤조에이트 등의 벤조에이트계 용매; 테트랄린; 3-phenoxy-toluene 등의 용매를 들 수 있다. 또한, 상술한 용매를 1종 단독으로 사용하거나 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 코팅 조성물의 점도는 1 cP 내지 10 cP가 바람직하며, 상기의 범위에서 코팅이 용이하다.
또한, 본 발명은 상술한 코팅 조성물을 사용하여 발광층을 형성하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 양극 상에, 또는 양극 상에 형성된 정공수송층 상에, 상술한 본 발명에 따른 코팅 조성물을 용액 공정으로 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 코팅 조성물을 열처리하는 단계를 포함한다.
상기 용액 공정은 상술한 본 발명에 따른 코팅 조성물을 사용하는 것으로, 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 열처리 단계에서 열처리 온도는 150 내지 230℃가 바람직하다. 또한, 상기 열처리 시간은 1분 내지 3시간이고, 보다 바람직하게는 10분 내지 1시간이다. 또한, 상기 열처리는 아르곤, 질소 등의 불활성 기체 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 코팅 단계와 상기 열처리 단계 사이에 용매를 증발시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
(유기 발광 소자)
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
일례로, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자를 제공한다.
바람직하게는, 상기 유기물층 중 1층 이상은 화학식 1로 표시되는 화합물 외에 추가로 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 더 포함한다:
[화학식 2]
Figure 112020002254177-pat00033
상기 화학식 2에서,
L 및 L'은 각각 독립적으로, 직접 결합, 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌, 이고, 또는 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴렌이고,
Ar 및 Ar'는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴, 또는 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴이다.
바람직하게는, 상기 유기물층은 발광층일 수 있으며, 여기서 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 도펀트 재료로 사용될 수 있고, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 호스트 재료로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, L 및 L'은 각각 독립적으로, 직접 결합, 페닐렌, 나프틸렌, 디벤조퓨라닐렌, 또는 디벤조티오페닐렌이다.
바람직하게는, Ar 및 Ar'는 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 터페닐릴, 나프틸, 페날트레닐, 디벤조퓨라닐, 벤조나프토퓨라닐, 디벤조티오페닐 또는 벤조나프토티오페닐이다.
상기 화학식 5로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기와 같다:
Figure 112020002254177-pat00034
Figure 112020002254177-pat00035
Figure 112020002254177-pat00036
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Figure 112020002254177-pat00063
Figure 112020002254177-pat00064
.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 2에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자 주입 및 수송층(8) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공주입층, 정공수송층, 또는 발광층에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 본 발명에 따른 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조할 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 유기물층 및 음극을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다(WO 2003/012890). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다(WO 2003/012890). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이거나, 또는 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SNO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 화합물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물 층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 화합물 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 화합물, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자수송층은 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 질소 함유 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화합물은 유기 발광 소자 외에도 유기 태양 전지 또는 유기 트랜지스터에 포함될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1-1) 중간체 1의 제조
Figure 112020002254177-pat00065
질소 분위기에서 500 mL 둥근바닥 플라스크에 9,9-디메틸플루오렌-2,7-디보론산 (13 g, 46 mmol), 1-브로모-4-클로로-2-니트로벤젠 (26 g, 11 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (2.7 g, 2.3 mmol), 포타슘카보네이트 (19.1 g, 138 mmol)을 넣고 1,4-다이옥산 300 mL, 물 60 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 100 oC로 승온시키고 24 시간 교반시켰다. 반응이 종료되면 실온으로 낮추고 물을 넣어 고체를 석출시킨 뒤 고체를 걸러준다. 걸러진 고체를 에탄올을 넣고 교반시켜 불순물만 녹여주고 필터를 해준다. 에탄올에 녹지 않은 고체를 테트라하이드로퓨란에 녹인 다음 에탄올로 결정화를 통해 중간체 1을 (20.2 g, 수율 80 %)수득하였다.
실시예 1-2) 중간체 2-1 내지 2-3의 제조
Figure 112020002254177-pat00066
질소 분위기에서 500 mL 둥근바닥 플라스크에 중간체 1 (20.2 g, 40 mmol), 트리페닐포스핀 (52.5 g, 0.2 mol)을 넣고 디클로로벤젠 300 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 180 oC로 승온시키고 24 시간 교반시켰다. 반응이 종료되면 실온으로 낮추고 테트라하이드로퓨란 용매를 이용해 셀라이트 필터를 통과시킨다. 걸러진 여액을 농축하고 헥산으로 결정화하여 고체를 얻고, 헥산/에틸아세테이트 크로마토그래피 분리법을 이용해 중간체 2-1, 2-2, 2-3을 (56% 혼합 수율) 1:1:2의 비율로 각각 수득한다.
실시예 1-3) 중간체 3-1의 제조
Figure 112020002254177-pat00067
중간체 2-1 (2.5 g, 5.6 mmol), 아이오도벤젠 (8.1 g, 39.8 mmol), 비스(트리-터트-뷰틸포스핀)팔라듐(0) (0.6 g, 1.1 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 (3.3 g, 33.9 mol) 및 톨루엔 200 mL를 넣고 80℃에서 14시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 식힌 다음 톨루엔을 이용해 셀라이트 층을 통과해 여과하였다. 여과액을 농축시킨 후 얻어진 유기물에 에탄올을 넣어주어 불순물만 용해시킨다. 테트라하이드로퓨란/헥산을 이용해 재결정하여 중간체 3-1 (2.6 g, 수율 77 %)을 얻었다.
실시예 1) 화합물 BD 1의 제조
Figure 112020002254177-pat00068
질소 분위기에서 250 mL 플라스크에 중간체 3-1 (2.6 g, 4.3 mmol), 4-벤조퓨란-2-N-(4-(tert-부틸)페닐)아닐린 (3.2 g, 9.5 mmol), 비스(트리-터트-뷰틸포스핀)팔라듐(0) (0.23 g, 0.4 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 (0.9 g, 9.5 mmol) 및 톨루엔 150 mL를 넣고 105℃에서 20시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 식힌 다음 물을 첨가하고 침전을 여과한 다음 메탄올, 톨루엔으로 세척하여 유기물을 수득한다. 생성된 유기물은 디클로로메탄에 녹이고 산성 알루미나, 셀라이트 필터를 통과시킨 뒤 농축시키킨다. 노르말헥산과 다이클로로메탄을 이용하여 컬럼크로마토그래피 분리법으로 정제한 후 용매를 제거해 화합물 BD 1(2.6 g, 수율 51%)을 얻었다. MS[M+H]+= 1202.55
실시예 2) 화합물 BD 2의 제조
Figure 112020002254177-pat00069
중간체 1의 합성에서 9,9-디메틸플루오렌-2,7-디보론산 대신 9,9-디페닐플루오렌-2,7-디보론산을 사용하고, 중간체 3의 합성법에서 아이오도벤젠 대신 4-(tert-부틸)아이오도벤젠을 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 BD 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 화합물 BD 2 (3.7 g, 수율 59 %)를 얻었다.
MS[M+H]+= 1438.71
실시예 3) 화합물 BD 3의 제조
Figure 112020002254177-pat00070
4-(벤조퓨란-2-)-N-(4-(tert-부틸)페닐)아닐린 대신 N-페닐디벤조퓨란-4-아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 BD 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 화합물 BD 3 (3.1 g, 수율 69 %)를 얻었다.
MS[M+H]+= 1038.39
실시예 4) 화합물 BD 4의 제조
Figure 112020002254177-pat00071
중간체 3-1 합성에서 아이오도벤젠 대신 4-(tert-부틸)아이오도벤젠을 사용하고, 4-(벤조퓨란-2-)-N-(4-(tert-부틸)페닐)아닐린 대신 6-벤조퓨란-2-N-(4-(tert-부틸)페닐)나프탈렌-2-아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 BD 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 화합물 BD 4 (1.7 g, 수율 65 %)를 얻었다.
MS[M+H]+= 1276.52
실시예 5) 화합물 BD 5의 제조
Figure 112020002254177-pat00072
중간체 1의 합성에서 9,9-디메틸플루오렌-2,7-디보론산 대신 9,9-디페닐플루오렌-2,7-디보론산을 사용하고, 4-벤조퓨란-2-N-(4-(tert-부틸)페닐)아닐린 대신 N-(3-(카바졸-9)-페닐)-[1,1’-비페닐]-4-아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 BD 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 화합물 BD 5 (3.8 g, 수율 61 %)를 얻었다.
MS[M+H]+= 1464.58
실시예 6) 화합물 BD 6의 제조
Figure 112020002254177-pat00073
중간체 1의 합성에서 9,9-디메틸플루오렌-2,7-디보론산 대신 9,9’-스피로비플루오렌-2,7-디보론산을 사용하고, 4-벤조퓨란-2-N-(4-(tert-부틸)페닐)아닐린 대신 N-(4-(벤조퓨란-2)-페닐)-[1,1’-비페닐]-3-아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 BD 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 화합물 BD 6 (3.6 g, 수율 62 %)를 얻었다.
MS[M+H]+= 1364.50
실시예 7) 화합물 BD 7의 제조
Figure 112020002254177-pat00074
중간체 3의 합성에서 중간체 2-1 대신 중간체 2-2을 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 BD 4의 제조 방법과 동일한 방법으로 화합물 BD 7 (3.1 g, 수율 55 %)를 얻었다.
MS[M+H]+= 1302.58
실시예 8) 화합물 BD 8의 제조
Figure 112020002254177-pat00075
중간체 3의 합성에서 중간체 2-1 대신 중간체 2-3을 사용하고, 벤조퓨란-2-N-(4-(tert-부틸)페닐)아닐린 대신 6-벤조퓨란-2-N-페닐나프탈렌-2-아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 BD 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 화합물 BD 8 (2.6 g, 수율 59 %)를 얻었다.
MS[M+H]+= 1038.39
[실험예]
실험예 1)
ITO(indium tin oxide)가 1,500 Å의 두께로 박막 증착된 유리 기판을, 세제를 녹인 증류수에 넣고, 초음파로 세척하였다. ITO를 30분간 세척하였다. 이후, 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜 및 아세톤의 용제로 초음파 세척을 각각 30분씩 하고 건조시킨 후, 상기 기판을 글러브박스로 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화합물 A 및 화합물 IB (p-도판트)를 8:2의 중량비로 시클로헥사논(용매)에 2 wt%로 용해시킨 코팅 조성물을 스핀 코팅하여 300 Å 두께의 정공주입층을 형성하고, 질소 분위기 하에 핫플레이트에서 220℃ 및 30분 조건으로 코팅 조성물을 경화시켰다. 상기 정공주입층 상에, 하기 화합물 A를 톨루엔에 1 wt%로 녹인 조성물을 스핀 코팅하여 400 Å 두께의 정공수송층을 형성하였다. 이후, 질소 분위기 하에 핫플레이트에서 230℃ 및 30분 조건으로 코팅 조성물을 경화시켰다. 상기 정공수송층 상에, 하기 화합물 B와 앞서 제조한 화합물 BD 1을 톨루엔에 0.6 wt%로 용해시킨 조성물(화합물 B: 화합물 BD 1의 중량비 = 98:2)을 스핀 코팅하여 200 Å 두께의 발광층을 형성하고, 질소 분위기 하에 핫플레이트에서 120℃ 및 10분 조건으로 코팅 조성물을 경화시켰다. 이후, 진공증착기로 옮겨 상기 발광층 위에 하기 화합물 G(200 Å), LiF(12 Å) 및 Al(2000 Å)를 순차적으로 증착하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
Figure 112020002254177-pat00076
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 0.4 내지 0.7 Å/sec를 유지하였고, 캐소드의 LiF는 0.3 Å/ sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2×10-7 내지 5×10-8 torr를 유지하였다.
실험예 2 내지 8)
화합물 BD 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교 실험예 1 내지 4)
화합물 BD 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다. 하기 표 1에서 화합물 C, D, E 및 F는 각각 하기와 같다.
Figure 112020002254177-pat00077
상기 실험예 및 비교실험예에서 제조한 유기 발광 소자에 대하여, 10 mA/cm2의 전류 밀도에서 최대 발광파장, 반치전폭, 전류 효율 및 양자 효율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 화합물 최대 발광 파장
(nm)		 반치 전폭
(nm)		 전류 효율
(cd/A)		 양자 효율
(%)
실험예 1 화합물 BD 1 450 33 5.7 7.36
실험예 2 화합물 BD 2 455 35 6.4 8.45
실험예 3 화합물 BD 3 448 33 5.9 7.85
실험예 4 화합물 BD 4 456 31 6.8 7.98
실험예 5 화합물 BD 5 455 29 7.8 8.57
실험예 6 화합물 BD 6 454 28 6.9 7.76
실험예 7 화합물 BD 7 452 28 7.5 7.68
실험예 8 화합물 BD 8 459 33 7.1 8.35
비교 실험예 1 화합물 C 441 40 4.5 5.94
비교 실험예 2 화합물 D 443 41 4.4 6.21
비교 실험예 3 화합물 E 449 39 3.9 6.65
비교 실험예 4 화합물 F 443 36 4.6 7.13
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 화합물을 발광층의 도펀트로 사용한 유기 발광 소자는 최대 발광 파장, 반치전폭, 전류효율 또는 양자 효율 면에서 현저한 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
최대 발광 파장이 450nm 내지 460nm 이며, 반치전폭의 값이 작을수록 디스 플레이 소자에서, 시야각이 향상되며 색순도가 좋아지고, 딥블루 영역에서 전류 효율과 양자 효율이 높아질 수 있으며, 본원발명의 화합물을 사용한 경우 해당 파장 영역에서, 반치전폭이 35nm이하임을 확인하였다.
구체적으로, 플루오렌에 고리가 축합되고, 양쪽에 적어도 하나의 헤테로아릴기를 포함하는 아민기가 결합되어 있는 화합물을 발광층에 사용한 실험예 1 내지 8은 비교 실험예 1 내지 4에 비하여, 최대 발광 파장이 최대 18 nm까지 증가하고, 반치 전폭이 최대 13nm까지 감소하고, 전류 효율이 최대 약 100% 까지 증가하고, 양자 효율이 최대 약 44%까지 증가하였다.
1: 기판 2: 양극
3: 발광층 4: 음극
5: 정공주입층 6: 정공수송층
7: 발광층 8: 전자주입 및 수송층

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112020002254177-pat00078

    상기 화학식 1에서,
    두 개의 *은 C1, C2 및 C3 중 인접한 두 개의 탄소와 각각 연결되고,
    두 개의 *'은 C'1, C'2 및 C'3 중 인접한 두 개의 탄소와 각각 연결되고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1-60알킬, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴, N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴이거나, 또는 R1 및 R2가 서로 결합하여 C6-60 스피로 고리를 형성하고,
    L1, L2, L'1 및 L'2는 각각 독립적으로, 직접 결합, 또는 치환 또는 비치환C6-60 아릴렌이고,
    Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴, 또는 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴이고, 단, Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2 중 하나 이상이 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴이고,
    Ar3 및 Ar'3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-9로 표시되는, 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure 112020002254177-pat00079

    [화학식 1-2]
    Figure 112020002254177-pat00080

    [화학식 1-3]
    Figure 112020002254177-pat00081

    [화학식 1-4]
    Figure 112020002254177-pat00082

    [화학식 1-5]
    Figure 112020002254177-pat00083

    [화학식 1-6]
    Figure 112020002254177-pat00084

    [화학식 1-7]
    Figure 112020002254177-pat00085

    [화학식 1-8]
    Figure 112020002254177-pat00086

    [화학식 1-9]
    Figure 112020002254177-pat00087

    상기 화학식 1-1 내지 1-9에서,
    R1, R2, Ar1, Ar'1, Ar2, Ar'2, Ar3, Ar'3, L1, L'1, L2 및 L'2는 청구항 1에서 정의한 바와 같음.
  3. 제1항에 있어서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-10 알킬, 페닐 또는 피리디닐이거나, R1 및 R2가 서로 결합하여
    Figure 112020002254177-pat00088
    ,
    Figure 112020002254177-pat00089
    ,
    Figure 112020002254177-pat00090
    ,
    Figure 112020002254177-pat00091
    또는
    Figure 112020002254177-pat00092
    의 스피로 고리를 형성하고, 여기서 *는 스피로 결합 위치이고,
    상기 페닐 및 스피로 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나; 또는 C1-10 알킬, 페녹시 또는 할로겐으로 하나 이상 치환되는, 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    L1, L2, L'1 및 L'2는 각각 독립적으로, 직접 결합; 페닐렌; 또는 나프틸렌인, 화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2는 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 터페닐릴, 나프틸, 페난트레닐, 트리페닐레닐, 디메틸플루오레닐, 디메틸벤조플루오레닐, 디페닐플루오레닐, 디페닐벤조플루오레닐, 피리디닐, 벤조이미다졸릴, 벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 벤조나프토퓨라닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 벤조나프토티오페닐, 카바졸-9-일, 9-페닐-9H-카바졸릴, 디페닐트리아진, 또는 디하이드로아크리디닐이고,
    Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2는 각각 독립적으로 비치환되거나; 또는 C1-10 알킬, 할로겐, 페닐, 트리(C1-10 알킬)실릴 또는 트리(C6-30 아릴)실릴로 하나 이상 치환되고,
    단, Ar1, Ar2, Ar'1 및 Ar'2 중 하나 이상이 피리디닐, 벤조이미다졸릴, 벤조퓨라닐, 디벤조퓨라닐, 벤조나프토퓨라닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 벤조나프토티오페닐, 카바졸-9-일, 9-페닐-9H-카바졸릴, 디페닐트리아진, 또는 디하이드로아크리디닐인, 화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    Ar3 및 Ar'3은 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 피리딘, 또는 디메틸플루오레닐이고,
    Ar3 및 Ar'3은 각각 독립적으로 비치환되거나; 또는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸 또는 tert-부틸로 치환되는, 화합물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인, 화합물:
    Figure 112024068041290-pat00093

    Figure 112024068041290-pat00094

    Figure 112024068041290-pat00095

    Figure 112024068041290-pat00096

    Figure 112024068041290-pat00097


    Figure 112024068041290-pat00099

    Figure 112024068041290-pat00100

    Figure 112024068041290-pat00101
    Figure 112024068041290-pat00102

    Figure 112024068041290-pat00103
    .
  8. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층인, 유기 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 추가로 포함하는, 유기 발광 소자:
    [화학식 2]
    Figure 112020002254177-pat00104

    상기 화학식 2에서,
    L 및 L'은 각각 독립적으로, 직접 결합, 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌, 이고, 또는 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴렌이고,
    Ar 및 Ar'는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 비치환된 C6-60 아릴, 또는 N, O, S 및 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C5-60 헤테로아릴임.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 화합물은, 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인, 유기 발광 소자:
    Figure 112024068041290-pat00105

    Figure 112024068041290-pat00106

    Figure 112024068041290-pat00107

    Figure 112024068041290-pat00108

    Figure 112024068041290-pat00109

    Figure 112024068041290-pat00110

    Figure 112024068041290-pat00111

    Figure 112024068041290-pat00112

    Figure 112024068041290-pat00113

    Figure 112024068041290-pat00114

    Figure 112024068041290-pat00115

    Figure 112024068041290-pat00116

    Figure 112024068041290-pat00117

    Figure 112024068041290-pat00118

    Figure 112024068041290-pat00119

    Figure 112024068041290-pat00120

    Figure 112024068041290-pat00121

    Figure 112024068041290-pat00122

    Figure 112024068041290-pat00123

    Figure 112024068041290-pat00124

    Figure 112024068041290-pat00125

    Figure 112024068041290-pat00126

    Figure 112024068041290-pat00127

    Figure 112024068041290-pat00128

    Figure 112024068041290-pat00129

    Figure 112024068041290-pat00130

    Figure 112024068041290-pat00131

    Figure 112024068041290-pat00132

    Figure 112024068041290-pat00133

    Figure 112024068041290-pat00134
    Figure 112024068041290-pat00135
    .
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