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KR102879390B1 - 유기 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

유기 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자

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Publication number
KR102879390B1
KR102879390B1 KR1020200125720A KR20200125720A KR102879390B1 KR 102879390 B1 KR102879390 B1 KR 102879390B1 KR 1020200125720 A KR1020200125720 A KR 1020200125720A KR 20200125720 A KR20200125720 A KR 20200125720A KR 102879390 B1 KR102879390 B1 KR 102879390B1
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KR
South Korea
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chemical formula
inv
organic
compound
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KR1020200125720A
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배형찬
김태형
엄민식
김회문
정화순
손호준
김진웅
김가현
한송이
Original Assignee
솔루스첨단소재 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 신규한 유기 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자에 대한 것으로, 보다 상세하게는 전자수송 능력이 우수한 유기 화합물 및 이를 하나 이상의 유기물층에 포함함으로써 발광효율, 구동 전압, 수명 등의 특성이 향상된 유기 전계 발광 소자에 대한 것이다.

Description

유기 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 {ORGANIC COMPOUND AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 신규한 유기 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내열성, 전자 수송 및 주입능, 발광능, 전기화학적 안정성 등이 우수한 유기 화합물 및 이를 하나 이상의 유기물층에 포함함으로써 발광효율, 구동 전압, 수명 등의 특성이 향상된 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광 소자(이하, '유기 EL 소자'라 함)는 두 전극 사이에 전압을 걸어 주면 양극에서는 정공이 주입되고, 음극에서는 전자가 유기물층으로 주입된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이때 유기물층으로 사용되는 물질은 그 기능에 따라, 발광 물질, 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등으로 분류될 수 있다.
유기 EL 소자의 발광층 형성재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료로 구분될 수 있다. 그 밖에, 보다 나은 천연색을 구현하기 위한 발광재료로 노란색 및 주황색 발광재료도 사용된다. 또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 재료로서 호스트/도펀트 계를 사용할 수 있다. 도판트 물질은 유기 물질을 사용하는 형광 도판트와 Ir, Pt 등의 중원자(heavy atoms)가 포함된 금속 착체 화합물을 사용하는 인광 도판트로 나눌 수 있다. 이러한 인광 재료의 개발은 이론적으로 형광에 비해 4배까지의 발광 효율을 향상시킬 수 있어 인광 도판트 뿐만 아니라 인광 호스트 재료들에 대해 관심이 집중되고 있다.
현재까지 정공 주입층, 정공 수송층. 정공 차단층, 전자 수송층으로는, 하기 화학식으로 표현된 NPB, BCP, Alq3 등이 널리 알려져 있고, 발광 재료는 안트라센 유도체들이 형광 도판트/호스트 재료로서 보고되고 있다. 특히 발광재료 중 효율 향상 측면에서 큰 장점을 가지고 있는 인광 재료로서는 Firpic, Ir(ppy)3, (acac)Ir(btp)2 등과 같은 Ir을 포함하는 금속 착체 화합물이 청색, 녹색, 적색 도판트 재료로 사용되고 있으며, 4,4-디카바졸리비페닐(4,4-dicarbazolybiphenyl, CBP)은 인광 호스트 재료로 사용되고 있다.
그러나 종래의 유기물층 재료들은 발광 특성 측면에서는 유리한 면이 있으나, 유리전이온도가 낮고 열적 안정성이 매우 좋지 않아 유기 EL 소자에서의 수명 측면에서 만족할 만한 수준이 되지 못하고 있다. 따라서, 성능이 뛰어난 유기물층 재료의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 내열성, 전자 수송 및 주입능, 발광능, 전기화학적 안정성 등이 모두 우수하여 유기 전계 발광 소자에 적용할 있는 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 신규 유기 화합물을 포함하여 낮은 구동 전압과 높은 발광 효율을 나타내며 수명이 향상되는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물을 제공한다:
(상기 화학식 1에서,
L은 하나 또는 복수의 R1으로 치환된 C6~C30의 아릴렌기이고,
R1이 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C1~C20의 알킬기이고,
A1는 하기 화학식 2 내지 6 중 어느 하나로 표시되는 치환체이고,
[화학식 2] [화학식 3]
[화학식 4] [화학식 5]
[화학식 6]
상기 화학식 2 내지 6에서,
X1은 C(G1)(G2), S 및 O로 이루어진 군에서 선택되고,
X2, X3 및 X4는 각각 S 또는 O이며,
a 및 f는 0 내지 7의 정수이고,
b, d, e 및 g는 각각 0 내지 8의 정수이며,
c는 0 내지 4의 정수이고,
R2 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 축합 방향족환 또는 축합 헤테로방향족환을 형성할 수 있으며,
G1 및 G2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 축합 지환족, 축합 방향족환 또는 축합 헤테로방향족환을 형성할 수 있으며,
환 R은 C6~C12의 단일환 방향족고리 또는 C6~C20의 다환 방향족고리이고,
A2는 하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 치환체이며,
[화학식 7] [화학식 8]
상기 화학식 7 및 8에서,
Y1 내지 Y3는 각각 독립적으로 C(G3) 또는 N이고, 다만 Y1 내지 Y3 중 적어도 하나는 N이며,
Y4 내지 Y7 중 하나는 C로, L과 연결되어 있고, 나머지 Y4 내지 Y7 및 Y8 내지 Y11은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C(G4) 또는 N이고, 다만 Y4 내지 Y11 중 적어도 하나는 N이며,
Z1은 S 또는 O이고,
G3 및 G4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 L의 아릴렌기, 상기 R1의 알킬기, 상기 R2 내지 R8, G1 내지 G4의 히드라지노기, 히드라조노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 시클로알케닐기, 헤테로시클로알케닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이함).
또, 본 발명은 애노드; 캐소드; 상기 애노드와 캐소드 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 전술한 유기 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
상기 유기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층, 전자수송층 및 전자수송 보조층으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 화합물은 내열성, 전자 수송 및 주입능, 발광능, 전기화학적 안정성 등이 우수하기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 유기물층 재료로 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 화합물이 전자 수송층 재료 및 전자수송 보조층 재료 중 적어도 어느 하나로 사용될 경우, 종래 재료에 비해 우수한 발광 성능, 낮은 구동전압, 높은 효율 및 장수명 특성을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제조할 수 있고, 나아가 성능 및 수명이 향상된 풀 칼라 디스플레이 패널도 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명에 대해 설명한다.
<신규 유기화합물>
본 발명은 전자 주입 및 수송능, 발광능, 전기화학적 안정성, 열적 안정성 등이 유기 전계 발광 소자의 고효율 발광층 재료(구체적으로, 호스트)나 전자수송층 재료 또는 전자수송 보조층 재료로 사용될 수 있는 신규 화합물을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 플루오렌 모이어티(fluorene moiety), 나프토 벤조 모이어티(naphto benzo moiety), 스파이로(플루오렌-플로우렌) 모이어티, 스파이로(크산텐-플루오렌) 모이어티, 스파이로(티옥산텐-플루오렌) 모이어티 등과 같이 플루오렌, 크산텐 및/또는 티옥산텐-함유 코어(core)에 링커기(L)을 통해 전자 흡수성이 큰 전자끄는기(electron withdrawing group: EWG)인 함질소 헤테로방향족환(예, azine)이 도입되되, 상기 링커기(L)가 알킬기로 치환되어 이루어진 구조를 포함한다.
상기 화학식 1의 화합물은 링커기(L)를 알킬기로 치환함으로써, 경사진[틸트(tilt)] 구조를 가지고, 이로 인해 입체 장애(steric hindrance) 현상이 증가하여 효율이 증가될 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물은 유리전이온도(Tg)가 증가하여 열적 안정성도 향상될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 화학식 7 또는 8로 표시되는 함질소 헤테로방향족환을 포함함으로써, 상기 함질소 헤테로방향족환이 전자 흡수성이 큰 전자 끌개기(EWG)이기 때문에, 전자 이동 속도가 향상되어 전자 주입 및 수송성이 향상될 수 있다.
또, 상기 화학식 1의 화합물은 높은 삼중항 에너지를 갖기 때문에, 발광층에서 생성된 엑시톤(exciton)이 인접하는 전자 수송층 또는 정공 수송층으로 확산(이동)되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 화학식 1의 화합물은 발광층과 전자 수송층 사이에 개재(介在)된 보조층(이하, '전자수송 보조층') 재료로 사용될 수 있다. 특히, 상기 화학식 1의 화합물이 전자수송 보조층 재료로 유기 전계 발광 소자에 포함될 경우, 발광층 내에서 발광에 기여하는 엑시톤의 수가 증가되어 소자의 발광 효율이 개선될 수 있고, 소자의 내구성 및 안정성이 향상되어 소자의 수명이 효율적으로 증가될 수 있다. 게다가, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 저전압 구동이 가능하기 때문에, 소자의 수명이 개선될 수 있다. 이러한 유기 전계 발광 소자가 적용된 풀 칼라 유기 발광 패널도 성능이 극대화될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광능, 전자 주입 및 수송 능력이 우수하다. 따라서, 본 발명의 화합물은 유기 전계 발광 소자의 유기물층, 바람직하게 발광층 재료(청색, 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트 재료), 전자 수송층/주입층 재료, 전자수송 보조층 재료, 정공 수송층/주입층 재료, 발광 보조층 재료, 수명 개선층 재료로 사용될 수 있고, 더 바람직하게 발광층 재료(청색, 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트 재료), 전자 수송층 재료, 전자수송 보조층 재료로 사용될 수 있다. 이러한 본 발명의 화합물을 포함하는 유기 전계 발광소자는 성능 및 수명 특성이 크게 향상될 수 있고, 이러한 유기 전계 발광 소자가 적용된 풀 칼라 유기 발광 패널도 성능이 극대화될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서, L은 치환체 A1과 A2를 연결하는 2가(divalent)의 연결기(linker)로서, 하나 또는 복수의 R1으로 치환된 C6~C30의 아릴렌기이고, 구체적으로 하나 또는 복수의 R1으로 치환된 C6~C18의 아릴렌기일 수 있다.
일례에 따르면, 상기 L은 하기 링커기 L1-1 내지 L1-3으로 이루어진 군에서 선택된 링커기일 수 있다.
상기 화학식 L1-1 내지 L1-3에서,
m1 내지 m3은 각각 0 또는 1이고, 다만 1≤m1+m2≤2이고, 1≤m1+m2+m3≤3이다.
상기 링커기 L1-1 내지 L1-3로 표시되는 링커기의 예로는 하기 링커기 L2-1 내지 L2-14 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 다만, 하기 링커기 L2-1 내지 L2-14가 치환체 A1 및 A2 사이를 연결함으로써, 화학식 1의 화합물 내 입체 장애(steric hindrance) 현상이 증가하여 효율이 증가될 수 있고, 또 유리전이온도(Tg)가 증가하여 열적 안정성도 향상될 수 있다.
상기 링커기 L2-1 내지 L2-14에서,
*은 상기 화학식 1의 A1 및 A2와 결합이 이루어지는 부분을 의미하고,
복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하고, R1은 화학식 1에 정의된 바와 같다.
구체적으로, 상기 링커기 L1-1 내지 L1-3로 표시되는 링커기의 예는 하기 링커기 L3-1 내지 L3-46 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상기 링커기 L3-1 내지 L3-46에서,
*은 상기 화학식 1의 A1 및 A2와 결합이 이루어지는 부분을 의미하고,
복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하고, R1은 화학식 1에 정의된 바와 같다.
상기 화학식 1에서, 상기 R1이 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하고, R1은 C1~C20의 알킬기이고, 구체적으로 C1~C6의 알킬기일 수 있다. 일례에 따르면, 상기 R1은 메틸기, 에틸기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, 및 t-부틸기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 1에서, A1는 하기 화학식 2 내지 6 중 어느 하나로 표시되는 치환체이다. 이러한 화학식 2 내지 6의 치환체는 전자공여성이 큰 전자 주게기(EDG) 특성을 갖는 치환기로, 링커기인 L를 통해 전자 흡수성이 큰 전자 끌개기(EWG)인 치환체 A2와 결합함으로써, 상기 화학식 1의 화합물은 분자 전체가 바이폴라(bipolar) 특성을 갖고, 이로 인해 정공과 전자의 결합력이 향상될 수 있다.
상기 화학식 2 내지 6에서,
*는 상기 화학식 1의 L과 결합이 이루어지는 부분을 의미하고,
X1은 C(G1)(G2), S 및 O로 이루어진 군에서 선택되고,
X2, X3 및 X4는 각각 S 또는 O이다.
또, 상기 화학식 2 내지 6에서, a 및 f는 각각 0 내지 7의 정수이고, b, d, e 및 g는 각각 0 내지 8의 정수이며, c는 0 내지 4의 정수이다.
여기서, a가 0인 경우, 수소가 치환기 R2로 치환되지 않는 것을 의미하고, b가 0인 경우, 수소가 치환기 R3로 치환되지 않는 것을 의미하며, c가 0인 경우, 수소가 치환기 R4로 치환되지 않는 것을 의미하고, d가 0인 경우, 수소가 치환기 R5로 치환되지 않는 것을 의미하고, e가 0인 경우, 수소가 치환기 R6으로 치환되지 않는 것을 의미하고, f가 0인 경우, 수소가 치환기 R7로 치환되지 않는 것을 의미하고, g가 0인 경우, 수소가 치환기 R8 로 치환되지 않는 것을 의미한다. 한편, a 및 f는 각각 1 내지 7의 정수이고, b, d, e 및 g는 각각 1 내지 8의 정수이며, c는 1 내지 4의 정수인 경우, 1 이상의 R2 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기(예, R2-R2, R3-R3, R4-R4, R5-R5, R6-R6, R7-R7, R8-R8)와 서로 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 헤테로시클로알킬기 및 헤테로아릴기는 각각 N, S, O 및 Se로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 상기 축합 고리는 C3~C30의 축합 지방족 고리, C6~C60의 축합 방향족 고리 및 5원~60원의 축합 헤테로방향족고리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
일례에 따르면, R2 내지 R8는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C2~C30의 알키닐기, C6~C30의 아릴기 및 핵원자수 5 내지 30개의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 2 내지 6에서, G1 및 G2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기(예, G1-G2)와 서로 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 헤테로시클로알킬기 및 헤테로아릴기는 각각 N, S, O 및 Se로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 상기 축합 고리는 C3~C30의 축합 지방족 고리, C6~C60의 축합 방향족 고리 및 5원~60원의 축합 헤테로방향족고리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
일례에 따르면, G1 및 G2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C2~C30의 알키닐기, C6~C30의 아릴기 및 핵원자수 5 내지 30개의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 또는 인접한 기(예, G1-G2)와 서로 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 2 내지 6에서, 환 R은 C6~C12의 단일환 방향족고리 및 C6~C20의 다환 방향족고리이다. 여기서, 다환 방향족고리 내 각 고리는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로, 환 R의 예로는 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 테트라센(tetracene) 고리, 파이렌(pyrene) 고리, 페난트렌(Phenanthrene) 고리, 페날렌(phenalene) 고리, 벤조안트라센(benzoanthracene)고리, 벤조파이렌(benzopyrene) 고리, 트리페닐렌(triphenylene) 고리, 크라이센(chrysene)고리, 펜타펜(pentaphene) 고리, 펜타센(pentacene) 고리 및 상기 2종 고리 간의 축합 고리 등일 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
일례에 따르면, 상기 A1은 하기 치환체 A1-1 내지 A1-16으로 이루어진 군에서 선택된 치환체일 수 있다.
상기 치환체 A1-1 내지 A1-16에서,
X1 내지 X4는 각각 독립적으로 O 또는 S이다.
상기 치환체 A1-1 내지 A1-16의 수소는 중수소(D), 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C12의 알킬기, C6~C10의 아릴기, 핵원자수 5~9개의 헤테로아릴기 등의 1 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1에서, A2는 하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 치환체이다. 이러한 화학식 7 및 8로 표시되는 치환체는 전자 흡수성이 큰 전자 끌개기(electron withdrawing group, EWG)로, 전자 주입 및 수송성이 우수하여, 화합물의 전자 이동 속도가 향상될 수 있다.
상기 화학식 7 및 8에서,
Y1 내지 Y3는 각각 독립적으로 C(G3) 또는 N이고, 다만 Y1 내지 Y3 중 적어도 하나는 N이며,
Y4 내지 Y7 중 하나는 C(탄소)로, L과 연결되어 있고, 나머지 Y4 내지 Y7 및 Y8 내지 Y11은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C(G4) 또는 N이고, 다만 Y4 내지 Y11 중 적어도 하나는 N이며,
Z1은 S 또는 O이고,
G3 및 G4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고, 구체적으로 수소, 중수소, C1~C30의 알킬기, C2~C30의 알케닐기, C2~C30의 알키닐기, C6~C30의 아릴기 및 핵원자수 5 내지 30개의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
일례에 따르면, 상기 A2는 하기 치환체 A2-1 내지 A2-8로 이루어진 군에서 선택된 치환체일 수 있다.
상기 치환체 A2-1 내지 A2-8에서,
Ar1 및 Ar2, Z1, G3 및 G4는 각각 화학식 7 및 8에 정의된 바와 같고,
h는 0 내지 4의 정수이며,
G4가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
상기 화학식 1에서, 상기 L의 아릴렌기, 상기 R1의 알킬기 및 시클로알킬기, 상기 R2 내지 R8, G1 내지 G4의 히드라지노기, 히드라조노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 시클로알케닐기, 헤테로시클로알케닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
구체적으로, 상기 L의 아릴렌기, 상기 R1의 알킬기 및 시클로알킬기, 상기 R2 내지 R8, G1 내지 G4의 히드라지노기, 히드라조노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 시클로알케닐기, 헤테로시클로알케닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C20의 알킬기, C6~C30의 아릴기, 핵원자수 5 내지 30개의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환될 수 있고, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 9 내지 18 중 어느 하나로 표시되는 화합물로 구체화될 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상기 화학식 9 내지 18에서,
m은 1 내지 4의 정수이며,
n은 1 내지 3의 정수이고,
R1 내지 R8, X1 내지 X4, Y1 내지 Y11, G 고리, 및 a 내지 g는 각각 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 예시 화합물, 예컨대 화합물 화합물 Inv 1 내지 Inv 1104로 보다 구체화될 수 있는데, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 "알킬"은 탄소수 1 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알케닐(alkenyl)"은 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서"알키닐(alkynyl)"은 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로파닐(2-propynyl) 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "시클로알킬"은 탄소수 3 내지 40의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 노르보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine) 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "헤테로시클로알킬"은 핵원자수 3 내지 40의 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미하며, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로 원자로 치환된다. 이러한 헤테로시클로알킬의 예로는 모르폴린, 피페라진 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴"은 단독 고리 또는 2이상의 고리가 조합된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "헤테로아릴"은 핵원자수 5 내지 60의 모노헤테로사이클릭 또는 폴리헤테로사이클릭 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이때, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로원자로 치환된다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있고, 나아가 아릴기와의축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 헤테로아릴의 예로는 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐과 같은 6-원 모노사이클릭 고리, 페녹사티에닐(phenoxathienyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 인돌릴(indolyl), 퓨리닐(purinyl), 퀴놀릴(quinolyl), 벤조티아졸(benzothiazole), 카바졸릴(carbazolyl)과 같은 폴리사이클릭 고리 및 2-퓨라닐, N-이미다졸릴, 2-이속사졸릴, 2-피리디닐, 2-피리미디닐 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알킬옥시"는 R'O-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R'는 탄소수 1 내지 40의 알킬을 의미하며, 직쇄(linear), 측쇄(branched) 또는 사이클릭(cyclic) 구조를 포함할 수 있다. 이러한 알킬옥시의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 1-프로폭시, t-부톡시, n-부톡시, 펜톡시 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴옥시"는 RO-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R은 탄소수 5 내지 40의 아릴을 의미한다. 이러한 아릴옥시의 예로는 페닐옥시, 나프틸옥시, 디페닐옥시 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알킬실릴"은 탄소수 1 내지 40의 알킬로 치환된 실릴을 의미하며, 모노-뿐만 아니라 디-, 트리-알킬실릴을 포함한다. 또, "아릴실릴"은 탄소수 5 내지 60의 아릴로 치환된 실릴을 의미하고, 모노-뿐만 아니라 디-, 트리-아릴실릴 등의 폴리아릴실릴을 포함한다.
본 발명에서 "알킬보론기"는 탄소수 1 내지 40의 알킬로 치환된 보론기를 의미하며, "아릴보론기"는 탄소수 6 내지 60의 아릴로 치환된 보론기를 의미한다.
본 발명에서 "알킬포스피닐기"는 탄소수 1 내지 40의 알킬로 치환된 포스핀기를 의미하고, 모노- 뿐만 아니라 디-알킬포스피닐기를 포함한다. 또, 본 발명에서 "아릴포스피닐기"는 탄소수 6 내지 60의 모노아릴 또는 디아릴로 치환된 포스핀기를 의미하고, 모노- 뿐만 아니라 디-아릴포스피닐기를 포함한다.
본 발명에서 "아릴아민"은 탄소수 6 내지 60의 아릴로 치환된 아민을 의미하며, 모노-뿐만 아니라 디-아릴아민를 포함한다.
본 발명에서 "헤테로아릴아민"은 핵원자수 5 내지 60의헤테로아릴로 치환된 아민을 의미하며, 모노-뿐만 아니라 디-헤테로아릴아민를 포함한다.
본발명에서 (아릴)(헤테로아릴)아민은 탄소수 6 내지 60의 아릴 및 핵원자수 5 내지 60의헤테로아릴로 치환된 아민을 의미한다.
본 발명에서 "축합고리"는 탄소수 3 내지 40의 축합지방족 고리, 탄소수 6 내지 60의 축합 방향족 고리, 핵원자수 3 내지 60의축합헤테로지방족 고리, 핵원자수 5 내지 60의축합헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합된 형태를 의미한다.
<유기 전계 발광 소자>
한편, 본 발명은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자(이하, '유기 EL 소자')를 제공한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 애노드(anode)(100), 캐소드(cathode)(200) 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층(300)을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 이때, 상기 화합물은 단독으로 사용되거나, 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 1층 이상의 유기물층(300)은 정공 주입층(310), 정공 수송층(320), 발광층(330), 전자 수송 보조층(360), 전자 수송층(340), 및 전자 주입층(350) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 이 중에서 적어도 하나의 유기물층(300)은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 구체적으로, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층(330), 전자수송층(340) 및 전자수송 보조층(360) 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.
일례에 따르면, 상기 1층 이상의 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 및 전자주입층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 상기 호스트는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 발광층은 상기 화학식 1의 화합물 이외, 당 분야의 공지된 화합물을 제2 호스트로 포함할 수 있다.
본 발명에서, 호스트의 함량은 발광층의 총량을 기준으로 약 70 내지 99.9 중량%일 수 있고, 도펀트의 함량은 발광층의 총량을 기준으로 약 0.1 내지 30 중량%일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광층 재료, 바람직하게는 청색, 녹색, 적색의 인광 호스트 재료로 포함할 경우, 발광층에서 정공과 전자의 결합력이 높아지기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 효율(발광효율 및 전력효율), 수명, 휘도 및 구동전압 등을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트, 형광 호스트, 또는 도펀트 재료로서 유기 전계 발광 소자에 포함되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 고효율을 가진 발광층의 그린 인광 exciplex N-type 호스트 재료인 것이 바람직하다.
다른 일례에 따르면, 상기 1층 이상의 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 및 전자주입층을 포함하고, 선택적으로 전자수송보조층을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 이때, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자수송층 물질로 유기 전계 발광 소자에 포함된다. 이러한 유기 전계 발광 소자에서, 전자는 상기 화학식 1의 화합물 때문에, 음극 또는 전자주입층에서 전자수송층으로 용이하게 주입되고, 또한 전자수송층에서 발광층으로 빠르게 이동할 수 있어, 발광층에서의 정공과 전자의 결합력이 높다. 그러므로, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 발광효율, 전력효율, 휘도 등이 우수하다. 게다가, 상기 화학식 1의 화합물은 열적 안정성, 전기화학적 안정성이 우수하여, 유기 전계 발광 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 화학식 1의 화합물은 단독으로 사용되거나, 또는 당 분야에 공지된 전자수송층 재료와 혼용될 수 있다.
본 발명에서 상기 화학식 1의 화합물과 혼용될 수 있는 전자수송층 재료는 당 분야에서 통상적으로 공지된 전자수송 물질을 포함한다. 사용 가능한 전자 수송 물질의 비제한적인 예로는 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸(isothiazole)계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아다아졸(thiadiazole)계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 알루미늄 착물(예: Alq3, tris(8-quinolinolato)-aluminium), 갈륨착물(예: Gaq'2OPiv, Gaq'2OAc, 2(Gaq'2)) 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 화학식 1의 화합물과 전자수송층 재료를 혼용할 경우, 이들의 혼합 비율은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
또 다른 일례에 따르면, 상기 1층 이상의 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송 보조층, 전자수송층, 및 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송 보조층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 이때, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자수송 보조층 물질로 유기 전계 발광 소자에 포함된다. 이때, 상기 화학식 1의 화합물이 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 이 때문에, 상기 화학식 1의 화합물을 전자수송 보조층 물질로 포함할 경우, TTF(triplet-triplet fusion) 효과로 인해 유기 전계 발광 소자의 효율이 상승될 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물은 발광층에서 생성된 엑시톤이 발광층에 인접하는 전자수송층으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 발광층 내에서 발광에 기여하는 엑시톤의 수가 증가되어 소자의 발광 효율이 개선될 수 있고, 소자의 내구성 및 안정성이 향상되어 소자의 수명이 효율적으로 증가될 수 있다.
전술한 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 구조는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 기판 위에, 애노드(100), 1층 이상의 유기물층(300) 및 캐소드(200)가 순차적으로 적층될 수 있다(도 1 내지 도 3 참조). 뿐만 아니라, 도시되지 않았지만, 전극과 유기물층 계면에 절연층 또는 접착층이 삽입된 구조일 수 있다.
일례에 따르면, 유기 전계 발광 소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 위에, 애노드(100), 정공주입층(310), 정공수송층(320), 발광층(330), 전자수송층(340) 및 캐소드(200)가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 선택적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전자수송층(340)과 캐소드(200) 사이에 전자주입층(350)이 위치할 수 있다. 또, 상기 발광층(330)과 전자수송층(340) 사이에 전자수송 보조층(360)이 위치할 수 있다(도 3 참조).
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 상기 유기물층(300) 중 적어도 하나[예, 발광층(330), 전자수송층(340) 또는 전자수송 보조층(360)]가 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는, 당 기술 분야에 알려져 있는 재료 및 방법으로 유기물층 및 전극을 형성하여 제조할 수 있다.
상기 유기물층은 진공 증착법이나 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 용액 도포법의 예로는 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 사용 가능한 기판은 특별히 한정되지 않으며, 비제한적인 예로는 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리판, 금속판, 플라스틱 필름 및 시트 등이 있다.
또, 애노드 물질의 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자; 및 카본블랙 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
또, 캐소드 물질의 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은(Ag), 주석, 또는 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 및 LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자 주입층은 특별히 한정되는 것은 아니며, 당 업계에 알려진 통상의 물질을 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[준비예 1] Core1의 합성
2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene (100g, 366 mmol), 4,4,4',4',5,5,5',5'-octamethyl-2,2'-bi(1,3,2-dioxaborolane) (111.55 g, 439.2 mmol) 및 Pd(dppf)Cl2 (8.03 g, 10.98 mmol), KOAc (107.8 g, 1098.2 mmol)을 1,4-Dioxane (800ml)에 넣고 12 시간 동안 가열 환류하였다. 반응 종결 후, 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후, 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 Core1 (95.2 g, 수율 81 %)을 얻었다.
1H-NMR: δ 1.57 (s, 12H), 1.65 (m, 6H), 7.05 (t, 1H), 7.22(m, 2H), 7.43(m, 2H), 7.92(m, 2H)
[준비예 2~23] Core2~23의 합성
준비예 1에서 사용된 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene 대신 3-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene, 4-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene, 2-bromo-9,9-phenyl-9H-fluorene, 3-bromo-9,9-phenyl-9H-fluorene, 4-bromo-9,9-phenyl-9H-fluorene, 2-bromo-9,9'-spirobi[fluorene], 3-bromo-9,9'-spirobi[fluorene], 4-bromo-9,9'-spirobi[fluorene], 2'-bromospiro[cyclohexane-1,9'-fluorene], 3'-bromospiro[cyclohexane-1,9'-fluorene], 4'-bromospiro[cyclohexane-1,9'-fluorene], 2-bromospiro[benzo[b]fluorene-11,9'-xanthene], 10-bromonaphtho[2,1-b]benzofuran, 3-bromonaphtho[2,3-b]benzofuran, 2-bromonaphtho[2,3-b]benzofuran, 9-bromospiro[benzo[c]fluorene-7,9'-xanthene], 2-bromospiro[benzo[b]fluorene-11,9'-xanthene], 3'-bromospiro[benzo[c]fluorene-7,9'-xanthene], 3'-bromospiro[benzo[b]fluorene-11,9'-xanthene], 9-bromospiro[benzo[de]anthracene-7,9'-xanthene], 9-bromo-7,7-dimethyl-7H-benzo[c]fluorene, 및 2-bromo-11,11-dimethyl-11H-benzo[b]fluorene 을 각각 사용하는 것을 제외하고는, 준비예 1과 동일하게 수행하여 하기 목적 화합물인 Core2 내지 Core21를 각각 제조하였다.
[합성예 1] 화합물 Inv 5의 합성
[준비예 1]에서 합성된 Core1 (5.0 g, 15.61 mmol), 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.64 g, 13.01 mmol), Pd(OAc)2 (0.08 g, 0.39 mmol), Cs2CO3 (8.4 g, 26 mmol), 및 Xphos (0.62 g, 1.3 mmol)을 Toluene (100ml), EtOH (25ml) 및 H2O (25ml)의 혼합 용매에 넣고 12시간 동안 가열 환류 하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후, 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 Inv 5 (5.0 g, 수율 65 %)을 얻었다.
[LCMS] : 592
[합성예 2] 화합물 Inv 40의 합성
[합성예 1]에서 사용된 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(3'-chloro-4'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylbenzo[4,5]thieno[3,2-d]pyrimidine (6.0g 13.01 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 40 (5.2 g, 수율 64 %)를 얻었다.
[LCMS] : 621
[합성예 3] 화합물 Inv 56의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core2를 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(5'-chloro-2',6-dimethyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.8g 13.01 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 56 (5.3 g, 수율 67 %)를 얻었다.
[LCMS] : 606
[합성예 4] 화합물 Inv 81의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core2를 사용하고, 2-(4'-chloro-2'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3''-chloro-6-methyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (6.6g 13.01 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 81 (5.5 g, 수율 63 %)을 얻었다.
[LCMS] : 668
[합성예 5] 화합물 Inv 117의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core3을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(3'-chloro-2-methyl-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-2-phenylpyrimidine (6.6g 13.01mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 117 (5.6 g, 수율 64 %)를 얻었다.
[LCMS] : 667
[합성예 6] 화합물 Inv 138의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core3을 사용하고, 2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(5'-chloro-2'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylbenzofuro[3,2-d]pyrimidine (6.69g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]와 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 138 (6.4 g, 수율 72 %)를 얻었다.
[LCMS] : 803
[합성예 7] 화합물 In 161의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core4를 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(4'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylpyrimidine (4.77g 9.37mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 161 (4.8 g, 수율 65 %)을 얻었다.
[LCMS] : 792
[합성예 8] 화합물 Inv 197합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core5(5.0g 11.25mmol)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 197 (4.6 g, 수율 68 %)를 얻었다.
[LCMS] : 716
[합성예 9] 화합물 Inv 232합성
[합성예 8]에서 사용된 2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(3'-chloro-4'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylbenzo[4,5]thieno[3,2-d]pyrimidine (4.35g 93.76mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 232 (4.5 g, 수율 64 %)를 얻었다.
[LCMS] : 745
[합성예 10] 화합물 Inv 254의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core6을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4'-chloro-2'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (4.1g 93.76mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 254 (6.7 g, 수율 64 %)를 얻었다.
[LCMS] : 716
[합성예 11] 화합물 Inv 302의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core7을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4'-chloro-2'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (4.1g 9.42mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 Inv 302 (4.5 g, 수율 67 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 12] 화합물 Inv372의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core8을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3''-chloro-6,6'-dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (4.9g 9.42mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 372 (6.3 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 805
[합성예 13] 화합물 Inv 393의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core9를 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3'-chloro-2-methyl-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (4.1g 9.42mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 393 (4.5 g, 수율 67 %)을 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 14] 화합물 Inv 457의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core10을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-(4'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.9g 11.56mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 457 (5.3 g, 수율 65 %)를 얻었다.
[LCMS] : 708
[합성예 15] 화합물 Inv 515의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core11을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3''-chloro-4''-methyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.9g 11.56mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 515 (5.4 g, 수율 66 %)를 얻었다.
[LCMS] : 708
[합성예 16] 화합물 Inv 566의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core 1 대신 Core 12를 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(5'-chloro-2'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylbenzo[4,5]thieno[3,2-d]pyrimidine (5.35g 11.56mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 566 (4.9 g, 수율 64 %)를 얻었다.
[LCMS] : 661
[합성예 17] 화합물 Inv 609의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core13을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3''-chloro-6-methyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (6.17g 12.1mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 609 (5.5 g, 수율 65 %)를 얻었다.
[LCMS] : 692
[합성예 18] 화합물 Inv 644의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core14를 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(4'-chloro-2',6-dimethyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylpyrimidine (6.33g 12.1 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 644 (5.7 g, 수율 67 %)를 얻었다.
[LCMS] : 705
[합성예 19] 화합물 Inv 708의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core15를 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3''-chloro-6,6'-dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (6.34g 12.1mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 708 (5.4 g, 수율 63 %)를 얻었다.
[LCMS] : 706
[합성예 20] 화합물 Inv 761의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core16을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylbenzofuro[3,2-d]pyrimidine (5.4g 12.1mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 761 (5.0 g, 수율 66 %)를 얻었다.
[LCMS] : 629
[합성예 21] 화합물 Inv 773의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core 1 대신 Core 17(5.0g 9.83mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 773 (4.2 g, 수율 66 %)를 얻었다.
[LCMS] : 780
[합성예 22] 화합물 Inv 779의 합성
[합성예 21]에서 사용된 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3'-chloro-4'-methyl-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (3.55g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 21]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 779 (4.0 g, 수율 62 %)를 얻었다.
[LCMS] : 780
[합성예 23] 화합물 Inv 822의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core18을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(5'-chloro-2'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (3.55g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 822 (4.2 g, 수율 66 %)를 얻었다.
[LCMS] : 780
[합성예 24] 화합물 Inv 828의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core18을 사용하고, 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(5'-chloro-2,2'-dimethyl-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (3.67g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 828 (4.3 g, 수율 66 %)를 얻었다.
[LCMS] : 794
[합성예 25] 화합물 Inv 871의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core19를 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3'-chloro-4'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (3.55g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 871 (4.3 g, 수율 67 %)를 얻었다.
[LCMS] : 780
[합성예 26] 화합물 Inv 887의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core19를 사용하고, 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(3'-chloro-4'-methyl-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-2-phenylpyrimidine (4.17g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 887 (4.7 g, 수율 67 %)를 얻었다.
[LCMS] : 856
[합성예 27] 화합물 Inv 930의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core20을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(4'-chloro-2'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylpyrimidine (4.17g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 Inv 930 (4.5 g, 수율 64 %)를 얻었다.
[LCMS] : 856
[합성예 28] 화합물 Inv 949의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core20을 사용하고, 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylbenzo[4,5]thieno[3,2-d]pyrimidine (3.79g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 949 (4.3 g, 수율 65 %)를 얻었다.
[LCMS] : 810
[합성예 29] 화합물 Inv 965의 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core22 (5.0g 13.5mmol)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 965 (4.7 g, 수율 65 %)를 얻었다.
[LCMS] : 642
[합성예 30] 화합물 Inv 1000 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core23을 사용하고, 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(3'-chloro-4'-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-2-phenylbenzo[4,5]thieno[3,2-d]pyrimidine (5.18g 11.25mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 1000 (4.8 g, 수율 64 %)을 얻었다.
[LCMS] : 671
[합성예 31] 화합물 Inv 1061 합성
[합성예 1]에서 사용된 Core1 대신 Core21(5.0g 9.83mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 화합물 Inv 1061 (4.2 g, 수율 65 %)를 얻었다.
[LCMS] : 780
[합성예 32] 화합물 Inv 1061 합성
[합성예 31]에서 사용된 2-(3'-chloro-6-methyl-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(3'-chloro-4'-methyl-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-2-phenylpyrimidine (4.17g 8.19mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 31]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 화합물 Inv 1061 (4.6 g, 수율 66 %)를 얻었다.
[LCMS] : 856
[실시예 1] 녹색 유기 EL 소자의 제작
합성예 2에서 합성된 화합물 Inv 40을를 통상적으로 알려진 방법에 따라 고순도 승화정제를 한 후 아래의 과정에 따라 녹색 유기 EL 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1,500 Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 UV OZONE 세정기 (Power sonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음 UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 m-MTDATA (60 nm)/TCTA (80 nm)/ 화합물 Inv 40 + 10 % Ir(ppy)3 (30nm)/BCP (10 nm)/Alq3 (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 이때, 사용된 m-MTDATA, TCTA, Ir(ppy)3, BCP의 구조는 각각 다음과 같다.
[실시예 2 내지 32]
실시예 1에서 발광층 형성시 발광 호스트 물질로 사용된 화합물 Inv 40 대신 표 1에 기재된 화합물을 각각 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 녹색 유기 EL 소자를 제작하였다.
[비교예 1~9] 녹색 유기 EL 소자의 제작
실시예 1에서 발광층 형성시 발광 호스트 물질로 사용된 화합물 Inv 40 대신 CBP, 하기 화합물 A~H를 각각 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 비교예 1~9의 녹색 유기 EL 소자를 제작하였다. 이때 사용된 CBP 및 화합물 A~H 구조는 각각 다음과 같다.
[평가예 1]
실시예 1 내지 32 및 비교예 1 내지 9에서 제작된 각각의 녹색 유기 EL 소자에 대하여, 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압 및 전류효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 호스트 구동 전압(V) 전류효율(cd/A)
실시예 1 Inv 40 3.9 65.4
실시예 2 Inv 56 3.6 66.2
실시예 3 Inv 811 3.7 64.5
실시예 4 Inv 117 3.9 66.9
실시예 5 Inv 138 3.8 64.2
실시예 6 Inv 197 3.8 66.4
실시예 7 Inv 232 3.7 61.1
실시예 8 Inv 254 3.9 62.8
실시예 9 Inv 302 3.8 62.2
실시예 10 Inv 393 4.2 61.4
실시예 11 Inv 457 3.9 61.9
실시예 12 Inv 566 4.2 60.6
실시예 13 Inv 609 4.5 59.7
실시예 14 Inv 644 3.9 58.4
실시예 15 Inv 708 4.1 59.2
실시예 16 Inv 773 4.2 60.2
실시예 17 Inv 779 4.0 59.4
실시예 18 Inv 822 4.3 58.8
실시예 19 Inv 828 4.1 58.6
실시예 20 Inv 887 3.8 62.2
실시예 21 Inv 930 4.0 63.3
실시예 22 Inv 949 4.2 61.4
실시예 23 Inv 965 3.9 61.9
실시예 24 Inv 1079 4.1 62.8
실시예 25 Inv 5 3.8 64.2
실시예 26 Inv 161 4.0 68.3
실시예 27 Inv 372 4.0 63.3
실시예 28 Inv 515 4.1 62.8
실시예 29 Inv 761 4.1 64.8
실시예 30 Inv 871 4.2 63.2
실시예 31 Inv 1000 4.1 62.8
실시예 32 Inv 1061 4.3 62.2
비교예 1 CBP 5.6 42.6
비교예 2 A 4.8 52.3
비교예 3 B 4.7 55.8
비교예 4 C 4.6 56.6
비교예 5 D 4.7 54.2
비교예 6 E 4.7 56.6
비교예 7 F 4.8 57.6
비교예 8 G 4.9 58.6
비교예 9 H 4.8 55.6
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물 Inv 40~Inv 1061를 발광층의 호스트 물질로 적용한 실시예 1~32의 녹색 유기 EL 소자는, 종래 CBP를 사용한 비교예 1, 및 메틸기로 비(非)-치환된 링커기를 갖는 화합물 A~H를 발광층의 호스트 물질으로 각각 사용한 비교예 2~9의 녹색 유기 EL 소자와 비교해 볼 때, 효율 및 구동전압 면에서 보다 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
[실시예 33] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
합성예 1에서 합성된 화합물 Inv 5를 통상적으로 알려진 방법에 따라 고순도 승화정제를 한 후, 하기와 같이 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1,500 Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후, UV OZONE 세정기(Power sonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음 UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에, DS-205 (㈜두산전자, 80 nm)/NPB (15 nm)/ADN + 5 % DS-405 (㈜두산전자, 30nm)/ 화합물 Inv 5(30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 이때 사용된 NPB, 및 ADN의 구조는 다음과 같다.
[실시예 34 내지 42]
실시예 33에서 전자수송층 형성시 전자 수송층 물질로 사용된 화합물 Inv 5 대신 표 2에 기재된 화합물을 각각 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 33과 동일하게 수행하여 청색 유기 EL 소자를 제작하였다.
[비교예 10] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
실시예 33에서 전자수송층 형성시 전자 수송층 물질로 사용된 화합물 Inv 5 대신 Alq3을 증착한 것을 제외하고는, 상기 실시예 33과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 이때 사용된 Alq3의 구조는 하기와 같다.
[평가예 2]
실시예 33 내지 42 및 비교예10에서 제작된 각각의 청색 유기 전계 발광 소자에 대하여, 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압, 전류효율 및 발광 피크를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 전자수송층 구동 전압(V) EL 피크(nm) 전류효율(cd/A)
실시예 33 Inv 5 4.0 458 7.0
실시예 34 Inv 81 4.1 459 7.0
실시예 35 Inv 197 3.8 459 6.9
실시예 36 Inv 372 3.9 459 7.0
실시예 37 Inv 515 3.8 459 7.1
실시예 38 Inv 644 3.7 458 7.1
실시예 39 Inv 773 4.2 459 7.1
실시예 40 Inv 828 3.8 459 7.2
실시예 41 Inv 949 3.9 458 7.0
실시예 42 Inv 965 4.1 459 6.9
비교예 10 Alq3 4.8 460 5.8
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 화합물을 전자 수송층에 적용한 실시예 33~42의 청색 유기 전계 발광 소자는, 종래 Alq3를 전자 수송층에 사용한 비교예10의 청색 유기 전계 발광 소자와 비교하여, 구동전압, 발광피크 및 전류효율 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
[실시예 43] 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
합성예 1에서 합성된 화합물 Inv 5을 통상적으로 알려진 방법에 따라 고순도 승화정제를 한 후, 하기와 같이 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
ITO (Indium tin oxide)가 1,500 Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후, UV OZONE 세정기(Power sonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음, UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에, DS-205 (80 nm) / NPB (15 nm) / ADN + 5 % DS-405 (㈜두산전자, 30nm) / 화합물 Inv 5 (30 nm)/ Alq3 (25 nm) / LiF (1 nm) / Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 이때 사용된 NPB, ADN의 구조는 실시예 33에 기재된 바와 동일하고,Alq3의 구조는 비교예 2에 기재된 바와 동일하다.
[실시예 44 내지 74]
실시예 43에서 전자수송 보조층 형성시 전자수송 보조층 물질로 사용된 화합물 Inv 5 대신 표 3에 기재된 화합물을 각각 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 43과 동일하게 수행하여 청색 유기 EL 소자를 제작하였다.
[비교예 11] 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
실시예 43에서 전자수송 보조층 물질로 사용된 화합물 Inv5를 사용하지 않고, 전자 수송층 물질인 Alq3를 25 nm 대신 30 nm로 증착한 것을 제외하고는, 상기 실시예 43과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[평가예 3]
실시예 43 내지 74 및 비교예 11에서 각각 제조된 유기 전계 발광 소자에 대하여, 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압, 발광파장, 전류효율, 발광파장을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
샘플 전자수송 보조층 구동 전압(V) 전류효율(cd/A) EL 피크(nm)
실시예 43 Inv 5 4.3 6.8 457
실시예 44 Inv 40 4.0 7.2 458
실시예 45 Inv 56 4.1 7.3 458
실시예 46 Inv 811 3.9 7.4 457
실시예 47 Inv 117 4.0 7.2 458
실시예 48 Inv 138 4.4 7.1 458
실시예 49 Inv 161 4.3 7.2 458
실시예 50 Inv 197 4.1 7.3 458
실시예 51 Inv 232 4.2 7.2 458
실시예 52 Inv 254 4.1 7.2 457
실시예 53 Inv 302 4.3 7.1 458
실시예 54 Inv 372 4.0 7.0 458
실시예 55 Inv 393 4.2 7.5 458
실시예 56 Inv 457 3.9 7.1 458
실시예 57 Inv 515 4.1 7.2 458
실시예 58 Inv 566 4.0 7.1 458
실시예 59 Inv 609 4.3 7.3 458
실시예 60 Inv 644 4.3 7.3 458
실시예 61 Inv 708 3.8 7.4 457
실시예 62 Inv 761 4.2 7.2 458
실시예 63 Inv 773 4.2 6.9 457
실시예 64 Inv 779 4.3 7.1 458
실시예 65 Inv 822 4.2 7.2 458
실시예 66 Inv 828 4.0 7.1 458
실시예 67 Inv 871 3.9 7.0 458
실시예 68 Inv 887 4.3 7.0 458
실시예 69 Inv 930 4.1 7.3 457
실시예 70 Inv 949 4.2 7.2 458
실시예 71 Inv 965 4.1 7.2 457
실시예 72 Inv 1000 4.3 7.1 458
실시예 73 Inv 1061 4.1 7.4 457
실시예 74 Inv 1079 4.2 7.0 458
비교예 11 - 4.7 5.6 457
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물을 전자수송 보조층에 적용한 실시예 43 ~ 74의 청색 유기 전계 발광 소자는, 전자수송보조층 없이 Alq3로 이루어진 전자수송층을 포함하는 비교예 11의 유기 전계 발광 소자와 비교하여, 전류 효율 및 구동전압 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
100: 양극, 200: 음극,
300: 유기물층, 310: 정공주입층,
320: 정공수송층, 330: 발광층,
340: 전자수송층, 350: 전자주입층,
360: 전자수송 보조층

Claims (9)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물:
    [화학식 1]

    (상기 화학식 1에서,
    L은 하기 화학식 L1-1 내지 L1-3으로 이루어진 군에서 선택된 링커기이고,

    상기 화학식 L1-1 내지 L1-3에서,
    m1 내지 m3은 각각 0 또는 1이고, 다만 1≤m1+m2≤2이고, 1≤m1+m2+m3≤3이며;
    R1이 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬기이고,
    A1는 하기 화학식 2 및 4 내지 6 중 어느 하나로 표시되는 치환체이고,
    [화학식 2]

    [화학식 4] [화학식 5]

    [화학식 6]

    상기 화학식 2 및 4 내지 6에서,
    X1은 C(G1)(G2), S 및 O로 이루어진 군에서 선택되고,
    X2, X3 및 X4는 각각 S 또는 O이며,
    a 및 f는 0 내지 7의 정수이고,
    d, e 및 g는 각각 0 내지 8의 정수이며,
    c는 0 내지 4의 정수이고,
    R2 및 R4 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 축합 방향족환 또는 축합 헤테로방향족환을 형성할 수 있으며,
    G1 및 G2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, C1~C60의 알킬기, 및 C6~C60의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기와 서로 결합하여 축합 방향족환을 형성할 수 있으며,
    환 R은 C6~C12의 단일환 방향족고리 또는 C6~C20의 다환 방향족고리이고,
    A2는 하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 치환체이며,
    [화학식 7] [화학식 8]

    상기 화학식 7 및 8에서,
    Y1 내지 Y3는 각각 독립적으로 C(G3) 또는 N이고, 다만 Y1 내지 Y3 중 적어도 하나는 N이며,
    Ar1 및 Ar2는 각각 C6~C12의 아릴기이고,
    Y4 내지 Y7 중 하나는 C로, L과 연결되어 있고, 나머지 Y4 내지 Y7 및 Y8 내지 Y11은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C(G4) 또는 N이고, 다만 Y4 내지 Y11 중 적어도 하나는 N이며,
    Z1은 S 또는 O이고,
    G3 및 G4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고,
    상기 G1 및 G2의 알킬기 및 아릴기, 상기 L의 아릴렌기, 상기 R1의 알킬기 및 시클로알킬기, 상기 R2, R4 내지 R8의 히드라지노기, 히드라조노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 시클로알케닐기, 헤테로시클로알케닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기와, 상기 G3 및 G4의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기(amidino group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), C1~C60의 알킬기, C2~C60의 알케닐기, C2~C60의 알키닐기, C3~C60의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알킬기, C3~C60의 시클로알케닐기, 핵원자수 3 내지 60개의 헤테로시클로알케닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C60의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C60의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이함).
  2. 제1항에 있어서,
    하기 화학식 9, 10 및 13 내지 18 중 어느 하나로 표시되는 유기 화합물:
    [화학식 9]

    [화학식 10]

    [화학식 13]

    [화학식 14]

    [화학식 15]

    [화학식 16]

    [화학식 17]

    [화학식 18]

    (상기 화학식 9, 10 및 13 내지 18에서,
    m은 1 내지 4의 정수이며,
    n은 1 내지 3의 정수이고,
    R1 내지 R3, R8, X1 내지 X4, Y1 내지 Y11, G 고리, 및 a 내지 g는 각각 제1항에 정의된 바와 같음).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 A1은 하기 치환체 A1-1 내지 A1-6, A1-8 내지 A1-16으로 이루어진 군에서 선택된 치환체인, 유기 화합물:

    (상기 치환체 A1-1 내지 A1-6, A1-8 내지 A1-16에서,
    X1 내지 X4는 각각 독립적으로 O 또는 S임).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 A2는 하기 치환체 A2-1 내지 A2-8로 이루어진 군에서 선택된 치환체인, 유기 화합물:

    (상기 치환체 A2-1 내지 A2-8에서,
    Ar1 및 Ar2, Z1, G3 및 G4는 각각 제1항에 정의된 바와 같고,
    h는 0 내지 4의 정수이며,
    G4가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이함).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 하기 유기 화합물 Inv 1 내지 Inv 1104로 이루어진 군에서 선택된 것인, 유기 화합물:




































































    .
  8. 애노드; 캐소드; 상기 애노드와 캐소드 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며,
    상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 제1항, 제2항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유기 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층, 전자수송층 및 전자수송 보조층으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인, 유기 전계 발광 소자.
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