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KR102043550B1 - 헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 Download PDF

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KR102043550B1
KR102043550B1 KR1020180042863A KR20180042863A KR102043550B1 KR 102043550 B1 KR102043550 B1 KR 102043550B1 KR 1020180042863 A KR1020180042863 A KR 1020180042863A KR 20180042863 A KR20180042863 A KR 20180042863A KR 102043550 B1 KR102043550 B1 KR 102043550B1
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이동훈
허정오
장분재
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한미연
양정훈
윤희경
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{HETEROCYCLIC COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 출원은 2017년 04월 13일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2017-0047933호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 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 소자를 위한 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
미국 특허 출원 공개 제2004-0251816호
본 명세서는 전자 수송, 전자 주입 및 전자 조절 능력이 우수하여, 유기 발광 소자의 유기물층, 특히 전자주입층, 전자수송층, 전자 수송 및 주입을 동시에 하는 층 또는 전자조절층에 사용되었을 때 소자의 구동 전압을 낮추거나 발광 효율을 높이거나 수명 특성을 향상시키는 헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112018036668608-pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
G1은 수소; 중수소; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
Ar1은 N을 2 이상 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리이고,
n은 0 내지 3의 정수이고, n이 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 상기 1층 이상의 유기물층 중 1층 이상에 포함되는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있고, 이를 사용함으로써 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성의 향상이 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따르는 유기 발광 소자(10)를 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르는 유기 발광 소자(11)를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따르는 화합물 E3에 대하여, Chem 3D Pro를 이용하여 분자의 3D 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따르는 화합물 E6에 대하여, Chem 3D Pro를 이용하여 분자의 3D 구조를 도시한 것이다.
도 5는 화합물 [ET-1-E]에 대하여, Chem 3D Pro를 이용하여 분자의 3D 구조를 도시한 것이다.
도 6은 화합물 [ET-1-I]에 대하여, Chem 3D Pro를 이용하여 분자의 3D 구조를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물은 비선형 구조로 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성의 향상 등이 가능하다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 구조에서 치환기 Ar1이 전자 공핍 구조의 치환기를 가짐으로 분자의 극성(dipole moment)을 무극성에 가깝게 설계할 수 있기 때문에 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자의 제작 시 무정형(amorphous)한 층의 형성을 가능하게 한다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 효율의 향상, 낮은 구동전압 및 수명 특성의 향상 등이 가능하다.
특히, 상기 화학식 1의 화합물은 코어구조 중 하나의 벤젠에만 치환기를 갖고, 특히 치환기가 한 개인 경우 전술한 전자적 특성을 가질 뿐만 아니라, 입체적으로 수평적인 구조를 갖기 때문에, 이와 같은 물질로 유기물층 형성시 전자이동도가 강화된다.
화학식 1의 코어구조 중 2개 이상의 벤젠에 각각 치환기가 치환되는 경우에는, 상기와 같은 수평적인 구조를 가질 수 없으므로, 본 발명의 화합물에 비하여 전자이동도가 낮다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우 뿐만 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 카르보닐기; 에스테르기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서,
Figure 112018036668608-pat00002
는 다른 치환기 또는 결합부에 결합되는 부위를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112018036668608-pat00003
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 30의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112018036668608-pat00004
본 명세서에서 카르보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112018036668608-pat00005
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112018036668608-pat00006
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 탄소수 1 내지 10인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸기; 에틸기; 프로필기; n-프로필기; 이소프로필기; 부틸기; n-부틸기; 이소부틸기; tert-부틸기; sec-부틸기; 1-메틸부틸기; 1-에틸부틸기; 펜틸기; n-펜틸기; 이소펜틸기; 네오펜틸기; tert-펜틸기; 헥실기; n-헥실기; 1-메틸펜틸기; 2-메틸펜틸기; 3,3-디메틸부틸기; 2-에틸부틸기; 헵틸기; n-헵틸기; 1-메틸헥실기; 시클로펜틸메틸기; 시클로헥실메틸기; 옥틸기; n-옥틸기; tert-옥틸기; 1-메틸헵틸기; 2-에틸헥실기; 2-프로필펜틸기; n-노닐기; 2,2-디메틸헵틸기; 1-에틸프로필기; 1,1-디메틸프로필기; 이소헥실기; 2-메틸펜틸기; 4-메틸헥실기; 5-메틸헥실기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 3 내지 20인 것이 더 바람직하다. 구체적으로 시클로프로필기; 시클로부틸기; 시클로펜틸기; 3-메틸시클로펜틸기; 2,3-디메틸시클로펜틸기; 시클로헥실기; 3-메틸시클로헥실기; 4-메틸시클로헥실기; 2,3-디메틸시클로헥실기; 3,4,5-트리메틸시클로헥실기; 4-tert-부틸시클로헥실기; 시클로헵틸기; 시클로옥틸기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 더 구체적으로 탄소수 1 내지 10인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시기; 에톡시기; n-프로폭시기; 이소프로폭시기; iso-프로필옥시기; n-부톡시기; 이소부톡시기; tert-부톡시기; sec-부톡시기; n-펜틸옥시기; 네오펜틸옥시기; 이소펜틸옥시기; n-헥실옥시기; 3,3-디메틸부틸옥시기; 2-에틸부틸옥시기; n-옥틸옥시기; n-노닐옥시기; n-데실옥시기; 벤질옥시기; p-메틸벤질옥시기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 알킬아민기; N-알킬아릴아민기; 아릴아민기; N-아릴헤테로아릴아민기; N-알킬헤테로아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기; 디메틸아민기; 에틸아민기; 디에틸아민기; 페닐아민기; 나프틸아민기; 바이페닐아민기; 안트라세닐아민기; 9-메틸안트라세닐아민기; 디페닐아민기; N-페닐나프틸아민기; 디톨릴아민기; N-페닐톨릴아민기; 트리페닐아민기; N-페닐바이페닐아민기; N-페닐나프틸아민기; N-바이페닐나프틸아민기; N-나프틸플루오레닐아민기; N-페닐페난트레닐아민기; N-바이페닐페난트레닐아민기; N-페닐플루오레닐아민기; N-페닐터페닐아민기; N-페난트레닐플루오레닐아민기; N-바이페닐플루오레닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, N-알킬아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 아릴기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, N-알킬헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 알킬아민기, N-아릴알킬아민기, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기, N-알킬헤테로아릴아민기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기; 에틸티옥시기; tert－부틸티옥시기; 헥실티옥시기; 옥틸티옥시기 등이 있고, 알킬술폭시기로는 메실; 에틸술폭시기; 프로필술폭시기; 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐기; 1-프로페닐기; 이소프로페닐기; 1-부테닐기; 2-부테닐기; 3-부테닐기; 1-펜테닐기; 2-펜테닐기; 3-펜테닐기; 3-메틸-1-부테닐기; 1,3-부타디에닐기; 알릴기; 1-페닐비닐-1-일기; 2-페닐비닐-1-일기; 2,2-디페닐비닐-1-일기; 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일기; 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일기; 스틸베닐기; 스티레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiRaRbRc의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Ra, Rb 및 Rc는 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기; 트리에틸실릴기; t-부틸디메틸실릴기; 비닐디메틸실릴기; 프로필디메틸실릴기; 트리페닐실릴기; 디페닐실릴기; 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BR100R101일 수 있으며, 상기 R100 및 R101 은 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 단환 또는 다환의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 단환 또는 다환의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 포스핀옥사이드기는 구체적으로 디페닐포스핀옥사이드기; 디나프틸포스핀옥사이드기 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 6 내지 20인 것이 더 바람직하다. 상기 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기; 안트라세닐기; 페난트레닐기; 트리페닐레닐기; 파이레닐기; 페날레닐기; 페릴레닐기; 크라이세닐기; 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure 112018036668608-pat00007
,
Figure 112018036668608-pat00008
,
Figure 112018036668608-pat00009
,
Figure 112018036668608-pat00010
,
Figure 112018036668608-pat00011
및
Figure 112018036668608-pat00012
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오르토(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한" 기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기, N-아릴알킬아민기, N-아릴헤테로아릴아민기 및 아릴포스핀기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시기; p-토릴옥시기; m-토릴옥시기; 3,5-디메틸페녹시기; 2,4,6-트리메틸페녹시기; p-tert-부틸페녹시기; 3-바이페닐옥시기; 4-바이페닐옥시기; 1-나프틸옥시기; 2-나프틸옥시기; 4-메틸-1-나프틸옥시기; 5-메틸-2-나프틸옥시기; 1-안트릴옥시기; 2-안트릴옥시기; 9-안트릴옥시기; 1-페난트릴옥시기; 3-페난트릴옥시기; 9-페난트릴옥시기 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기; 2－메틸페닐티옥시기; 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기; p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 즉 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 2 내지 20인 것이 더 바람직하고, 상기 헤테로아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기; 퓨라닐기; 피롤기; 이미다졸릴기; 티아졸릴기; 옥사졸릴기; 옥사디아졸릴기; 피리딜기; 바이피리딜기; 피리미딜기; 트리아지닐기; 트리아졸릴기; 아크리딜기; 피리다지닐기; 피라지닐기; 퀴놀리닐기; 퀴나졸리닐기; 퀴녹살리닐기; 프탈라지닐기; 피리도 피리미딜기; 피리도 피라지닐기; 피라지노 피라지닐기; 이소퀴놀리닐기; 인돌릴기; 카바졸릴기; 벤즈옥사졸릴기; 벤즈이미다졸릴기; 벤조티아졸릴기; 벤조카바졸릴기; 벤조티오펜기; 디벤조티오펜기; 벤조퓨라닐기; 페난쓰롤리닐기(phenanthroline); 이소옥사졸릴기; 티아디아졸릴기; 페노티아지닐기; 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노헤테로아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디헤테로아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리헤테로아릴아민기가 있다. 상기 헤테로아릴기가 2 이상을 포함하는 헤테로아릴아민기는 단환식 헤테로아릴기, 다환식 헤테로아릴기, 또는 단환식 헤테로아릴기와 다환식 헤테로아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기는 전술한 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기 및 N-알킬헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기의 예시는 전술한 헤테로아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌기는 헤테로아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기; 치환 또는 비치환된 나프탈렌기; 치환 또는 비치환된 터페닐렌기; 치환 또는 비치환된 쿼터페닐렌기; 치환 또는 비치환된 안트라세닐렌기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐렌기; 치환 또는 비치환된 파이레닐렌기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 스피로시클로펜탄플루오레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, L은 직접결합; 페닐렌기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기; 나프탈렌기; 터페닐렌기; 쿼터페닐렌기; 안트라세닐렌기; 페난트레닐렌기; 트리페닐레닐렌기; 파이레닐렌기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기; 또는 스피로시클로펜탄플루오레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, L은 직접결합; 또는 하기의 구조식들 중 어느 하나로 표시된다.
Figure 112018036668608-pat00013
상기 구조들 중에서
Figure 112018036668608-pat00014
는 주쇄에 결합되는 부위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 N을 2 이상 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 N을 2 이상 포함하는 탄소수 2 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 N을 2 이상 포함하는 탄소수 2 내지 20의 치환 또는 비치환된 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 니트릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기로 치환 또는 비치환된 N을 2 이상 포함하는 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 하기 화학식 2-A 내지 2-E 중 어느 하나이다.
[화학식 2-A]
Figure 112018036668608-pat00015
[화학식 2-B]
Figure 112018036668608-pat00016
[화학식 2-C]
Figure 112018036668608-pat00017
[화학식 2-D]
Figure 112018036668608-pat00018
[화학식 2-E]
Figure 112018036668608-pat00019
상기 화학식 2-A 내지 화학식 2-E에 있어서,
X1은 N 또는 CR1이고, X2는 N 또는 CR2이고, X3는 N 또는 CR3이고, X4는 N 또는 CR4이고, X1 내지 X4 중 적어도 2개는 N이며,
X9는 N 또는 CR9이고, X10은 N 또는 CR10이고, X11은 O, S 또는 NR11이고,
X11이 NR11이고 X9 및 X10 중 적어도 하나가 N이거나, X11이 O 또는 S이고 X9 및 X10이 각각 N이며,
X32는 N 또는 CR32이고, X33은 N 또는 CR33이고, X34는 N 또는 CR34이고, X35는 N 또는 CR35이고, X32 내지 X35 중 적어도 2개는 N이며,
R1 내지 R8 중 어느 하나, R9 내지 R13 중 어느 하나, R14 내지 R19 중 어느 하나, R20 내지 R31 중 어느 하나 또는 R32 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
R1 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 내지 R8 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R9 내지 R13 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R14 내지 R19 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R20 내지 R31 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 각각 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R32 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2-A는 하기 화학식 3-A 내지 3-D 중 선택되는 어느 하나로 표시된다.
[화학식 3-A]
Figure 112018036668608-pat00020
[화학식 3-B]
Figure 112018036668608-pat00021
[화학식 3-C]
Figure 112018036668608-pat00022
[화학식 3-D]
Figure 112018036668608-pat00023
상기 화학식 3-A에 있어서, R2 및 R4 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 3-B에 있어서, R2, R3 및 R5 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합하는 부위이고,
상기 화학식 3-C에 있어서, R3 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합하는 부위이고,
상기 화학식 3-D에 있어서, R1 및 R4 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합하는 부위이고,
R1 내지 R8 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-A 내지 3-D에 있어서, 상기 R1 내지 R8 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3-A 내지 3-D에 있어서, 상기 R1 내지 R8 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2-B는, 하기 화학식 4-A 내지 4-D 중 선택되는 어느 하나로 표시된다.
[화학식 4-A]
Figure 112018036668608-pat00024
[화학식 4-B]
Figure 112018036668608-pat00025
[화학식 4-C]
Figure 112018036668608-pat00026
[화학식 4-D]
Figure 112018036668608-pat00027
상기 화학식 4-A에 있어서, R10 내지 R13 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 4-B 및 4-C에 있어서, R12 또는 R13은 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 4-D에 있어서, R11 내지 R13 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
R10 내지 R13 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4-A 내지 4-D에 있어서, 상기 R10 내지 R13 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 화학식 4-A 내지 4-D에 있어서, 상기 R10 내지 R13 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2-E는 하기 화학식 5-A 내지 화학식 5-G 중 선택되는 어느 하나로 표시된다.
[화학식 5-A]
Figure 112018036668608-pat00028
[화학식 5-B]
Figure 112018036668608-pat00029
[화학식 5-C]
Figure 112018036668608-pat00030
[화학식 5-D]
Figure 112018036668608-pat00031
[화학식 5-E]
Figure 112018036668608-pat00032
[화학식 5-F]
Figure 112018036668608-pat00033
[화학식 5-G]
Figure 112018036668608-pat00034
상기 화학식 5-A에 있어서, R34 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 5-B에 있어서, R35 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 5-C에 있어서, R34 및 R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 5-D에 있어서, R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 5-E에 있어서, R32 및 R35 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 5-F에 있어서, R32, R34 및 R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
상기 화학식 5-G에 있어서, R33, R34 및 R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
R32 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 5-A 내지 5-G에 있어서, 상기 R32 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 화학식 5-A 내지 5-G에 있어서, 상기 R32 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 선택되는 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-1]
Figure 112018036668608-pat00035
[화학식 1-2]
Figure 112018036668608-pat00036
[화학식 1-3]
Figure 112018036668608-pat00037
상기 화학식 1-1 내지 1-3에 있어서,
L, Ar1, G1 및 n의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
일반적으로 화합물의 전자이동도는, 분자의 3D 구조상에서의 배향성(orientation)에 따라 달라지고, 보다 수평적 구조(horizontal structure)일 때, 전자이동도가 강화된다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 -L-Ar1이 1개 치환된 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은, -L-Ar1이 2개 이상 치환된 화합물에 비하여, 분자의 수평적 구조 성향이 강하여 전자이동도가 높아지는 장점이 있다. 이에 따라, 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 유기 발광 소자에 이용시, 구동전압이 낮고, 높은 효율 및 장수명의 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 E3 및 E6의 3D 구조를 나타낸 도 3 및 도 4에 의하면, 상기 화합물들의 분자는 수평적 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있고, 본 명세서의 비교예 화합물로 사용한 화합물 ET-1-E 및 ET-1-I의 3D 구조를 나타낸 도 5 및 도 6에 의하면, 각각 A축과 B축이 거의 수직을 이루고 있어 분자가 수평적 구조에서 크게 벗어나 있음을 확인할 수 있다. 결과적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 E3 및 E6가 화합물 ET-1-E 및 ET-1-I보다 분자의 3D 구조상에서의 배향성 차이에 의해 수평적 구조를 가지고, 이로 인하여, 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 유기 발광 소자에 이용시, 구동전압, 효율 및 수명 면에서 우수한 효과가 있음을 알 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 하기 헤테로고리 화합물들 중에서 선택되는 어느 하나이다.
Figure 112018036668608-pat00038
Figure 112018036668608-pat00039
Figure 112018036668608-pat00040
Figure 112018036668608-pat00041
Figure 112018036668608-pat00042
Figure 112018036668608-pat00043
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 화학식 1으로 표시되는 헤테로고리 화합물은 상기 1층 이상의 유기물층 중 1층 이상에 포함되는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 발광층, 정공차단층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적거나 많은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 도 2에 나타난 것과 같은 구조를 가질 수 있으나 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(20) 위에 제1 전극(30), 발광층(40) 및 제2 전극(50)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자(10)의 구조가 예시되어 있다. 상기 도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 예시적인 구조이며, 다른 유기물층을 더 포함할 수 있다.
도 2에는 기판(20) 위에 제1 전극(30), 정공주입층(60), 정공수송층(70), 발광층(40), 전자수송층(80), 전자주입층(90) 및 제2 전극(50)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자(11)의 구조가 예시되어 있다. 상기 도 2는 본 명세서의 실시상태에 따른 예시적인 구조이며, 다른 유기물층을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 전자주입층, 전자수송층 및 전자 주입 및 수송을 동시에 하는 층 중 1층 이상에 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 전자주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용할 경우, 당업계에서 사용되는 n-형 도펀트를 혼합하여 사용 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층, 전자주입층 또는 전자주입 및 전자수송을 동시에 하는 층에 상기 화학식 1의 화합물 외에 n형 도펀트를 더 포함하는 경우, 상기 화학식 1의 화합물과 n형 도펀트의 중량비는 1:100 내지 100:1 일 수 있다. 구체적으로 1:10 내지 10:1일 수 있다. 더 구체적으로는 1:1 일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n형 도펀트는 금속착체 등일 수 있고, 알칼리금속, 예컨대 Li, Na, K, Rb, Cs 또는 Fr; 알칼리 토금속, 예컨대 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 또는 Ra; 희토류 금속, 예컨대 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Th, Dy, Ho, Er, Em, Gd, Yb, Lu, Y 또는 Mn; 또는 상기 금속들 중 1 이상의 금속을 포함하는 금속 화합물을 사용할 수 있으며, 상기에 한정되는 것은 아니며, 당 기술분야에 알려져 있는 것들을 사용할 수 있다. 일 예에 따르면 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 전자수송층, 전자주입층 또는 전자주입 및 전자수송을 동시에 하는 층은 LiQ를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 전자조절층에 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 1층 이상의 전자조절층을 포함할 수 있고, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 1층 이상의 전자조절층 중 1층에 포함되거나, 2층 이상의 전자조절층에 각각 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 1층 이상의 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1층 이상을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 1층 이상의 정공수송층을 포함할 수 있으며, 상기 1층 이상의 정공수송층은 각각 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 본 명세서의 헤테로고리 화합물, 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(Sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 물리 증착 방법(PVD: Physical Vapor Deposition)을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 제1 전극을 형성하고, 그 위에 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 제2 전극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 제2 전극 물질부터 유기물층, 제1 전극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al, Mg/Ag과 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 발광 재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 엑시톤의 전자주입층 또는 전자 주입 재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층의 발광 물질로는 정공수송층과 전자수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조퀴놀린-금속 화합물; 벤즈옥사졸, 벤조티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도판트 재료를 포함할 수 있다.
상기 발광층의 호스트 재료로는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등을 사용할 수 있다. 상기 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 파이렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 상기 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 발광층의 도판트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스티릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 상기 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아민기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아민기를 갖는 파이렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등을 사용할 수 있다. 상기 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환된 화합물을 사용할 수 있다. 상기 스티릴아민 화합물의 예로는 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자조절층은 발광층으로부터 정공이 음극로 유입되는 것을 차단하고 발광층으로 유입되는 전자를 조절하여 소자 전체의 성능을 조절하는 층이다. 전자 조절 물질로는 발광층으로부터 음극로의 정공의 유입을 방지하고, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 주입되는 전자를 조절하는 능력을 갖는 화합물이 바람직하다. 전자 조절 물질로는 소자 내 사용되는 유기물층의 구성에 따라 적절한 물질을 사용할 수 있다. 상기 전자조절층은 발광층과 음극 사이에 위치하며, 바람직하게는 발광층에 직접 접하여 구비된다.
상기 전자수송층은 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층이다. 상기 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 상기 전자 수송 물질의 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 상기 전자수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 음극 물질과 함께 사용할 수 있다. 일 실시상태에 있어서, 상기 음극 물질로는 낮은 일함수를 가지는 물질; 및 알루미늄층 또는 실버층을 사용할 수 있다. 상기 낮은 일함수를 가지는 물질의 예로는 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨 등이 있으며, 상기 물질로 층을 형성한 후 알루미늄층 또는 실버층을 상기 층 위에 형성할 수 있다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 수취받은 전자를 발광층에 주입하는 층이다. 상기 전자 주입 물질로는 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자 주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 엑시톤의 정공주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-히드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-히드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-히드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-히드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-히드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-히드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-히드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-히드록시벤조[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 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자 외에도 유기 태양 전지 또는 유기 트랜지스터에 포함될 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
< 합성예 >
< 제조예 1> 화합물 E1의 합성
Figure 112018036668608-pat00044
상기 화합물 4,4,5,5-테트라메틸-2-(스피로[플루오렌-9,9'-잔텐]-2'-일)-1,3,2-디옥사보로란 (10.0g, 21.8mmol)과 2-(4-클로로페닐)-4-페닐퀴나졸린 (6.9g, 21.8mmol)을 테트라하이드로퓨란(100ml)에 완전히 녹인 후 탄산칼륨(9.0g, 65.4mmol)을 물 50ml에 용해시켜 첨가하고, 테트라키스트리페닐-포스피노팔라듐 (756mg, 0.65mmol)을 넣은 후, 8시간동안 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 반응을 종결한 후, 탄산칼륨 용액을 제거하여 상기의 흰색 고체를 걸렀다. 걸러진 흰색의 고체를 테트라하이드로퓨란과 에틸아세테이트로 각각 2번씩 세척하여 상기 화합물 E1(11.9g, 수율 89%)을 제조하였다.
MS[M+H]+= 613
< 제조예 2> 화합물 E2의 합성
Figure 112018036668608-pat00045
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E2를 제조하였다.
MS[M+H]+= 601
< 제조예 3> 화합물 E3의 합성
Figure 112018036668608-pat00046
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E3를 제조하였다.
MS[M+H]+= 511
< 제조예 4> 화합물 E4의 합성
Figure 112018036668608-pat00047
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E4를 제조하였다.
MS[M+H]+= (512)
< 제조예 5> 화합물 E5의 합성
Figure 112018036668608-pat00048
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E5를 제조하였다.
MS[M+H]+= 477
< 제조예 6> 화합물 E6의 합성
Figure 112018036668608-pat00049
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E6를 제조하였다.
MS[M+H]+= 537
< 제조예 7> 화합물 E7의 합성
Figure 112018036668608-pat00050
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E7을 제조하였다.
MS[M+H]+= (589)
< 제조예 8> 화합물 E8의 합성
Figure 112018036668608-pat00051
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E8을 제조하였다.
MS[M+H]+= 587
< 제조예 11> 화합물 E11의 합성
Figure 112018036668608-pat00052
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E11을 제조하였다.
MS[M+H]+= 714
< 제조예 12> 화합물 E12의 합성
Figure 112018036668608-pat00053
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E12를 제조하였다.
MS[M+H]+= 537
< 제조예 13> 화합물 E13의 합성
Figure 112018036668608-pat00054
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E13을 제조하였다.
MS[M+H]+= 587
< 제조예 14> 화합물 E14의 합성
Figure 112018036668608-pat00055
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E14를 제조하였다.
MS[M+H]+= 601
< 제조예 15> 화합물 E15의 합성
Figure 112018036668608-pat00056
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E15를 제조하였다.
MS[M+H]+= 569
< 제조예 16> 화합물 E16의 합성
Figure 112018036668608-pat00057
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E16을 제조하였다.
MS[M+H]+= 612
< 제조예 17> 화합물 E17의 합성
Figure 112018036668608-pat00058
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E17을 제조하였다.
MS[M+H]+= 603
< 제조예 18> 화합물 E18의 합성
Figure 112018036668608-pat00059
각 출발물질을 상기 반응식과 같이 하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 상기 화합물 E18을 제조하였다.
MS[M+H]+= 614
<실험예 1-1>
ITO(indium tin oxide)가 1,000Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화합물 [HI-A]를 600Å의 두께로 열 진공증착하여 정공주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 위에 하기 화학식의 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (hexaazatriphenylene; HAT)를 50Å 및 하기 화합물 [HT-A] (600Å)를 순차적으로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 정공수송층 위에 막 두께 200Å으로 하기 화합물 [BH]와 [BD]를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 화합물 E1과 하기 화합물 [LiQ](Lithiumquinolate)를 1:1의 중량비로 진공증착하여 350Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 10Å 두께로 리튬플루오라이드(LiF)와 1,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 내지 0.9Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플루오라이드는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 1×10-7 내지 5×10- 8torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure 112018036668608-pat00060
Figure 112018036668608-pat00061
< 실험예 1-2>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E2를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-3>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화학식 화합물 E3를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실시예 1-4>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화학식 화합물 E4를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-5>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E5를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-6>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E6를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실시예 1-7>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E7을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-8>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E8을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-11>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E11을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-12>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E12를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-13>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E13을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-14>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E14를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-15>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E15를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-16>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E16을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-17>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E17을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-18>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E18을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-1>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-A를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-2>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-B를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-3>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-C를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-4>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-D를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-5>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-E를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-6>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-F를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-7>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-G를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-8>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-H를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-9>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-I를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-10>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-J를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-11>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-K를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-12>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-L을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-13>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-M을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-14>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-N을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-15>
상기 실험예 1-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-O를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 실험예 1-1 내지 1-8, 1-11 내지 1-18 및 비교예 1-1 내지 1-15의 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10mA/cm2의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였고, 20mA/cm2의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간(T90)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
화합물 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)		 수명(h)
T90 at 20mA/cm2
실험예 1-1 E1 4.40 5.07 (0.142, 0.096) 201
실험예 1-2 E2 4.27 5.39 (0.142, 0.096) 140
실험예 1-3 E3 4.39 5.02 (0.142, 0.096) 148
실험예 1-4 E4 4.40 4.94 (0.142, 0.097) 200
실험예 1-5 E5 4.39 4.98 (0.142, 0.097) 126
실험예 1-6 E6 4.36 4.95 (0.142, 0.096) 130
실험예 1-7 E7 4.30 5.02 (0.142, 0.097) 159
실험예 1-8 E8 4.30 5.40 (0.142, 0.099) 230
실험예 1-11 E11 4.42 5.10 (0.142, 0.096) 220
실험예 1-12 E12 4.38 5.17 (0.142, 0.097) 194
실험예 1-13 E13 4.29 5.35 (0.142, 0.096) 231
실험예 1-14 E14 4.29 5.11 (0.142, 0.097) 141
실험예 1-15 E15 4.32 4.95 (0.142, 0.097) 130
실험예 1-16 E16 4.30 5.31 (0.142, 0.097) 255
실험예 1-17 E17 4.36 4.93 (0.142, 0.097) 126
실험예 1-18 E18 4.28 5.20 (0.142, 0.096) 199
비교예 1-1 ET-1-A 4.72 3.91 (0.142, 0.098) 90
비교예 1-2 ET-1-B 4.84 4.01 (0.142, 0.102) 87
비교예 1-3 ET-1-C 4.91 3.99 (0.142, 0.096) 91
비교예 1-4 ET-1-D 4.88 4.00 (0.142, 0.096) 55
비교예 1-5 ET-1-E 5.01 3.61 (0.142, 0.096) 75
비교예 1-6 ET-1-F 5.15 3.48 (0.142, 0.096) 60
비교예 1-7 ET-1-G 5.33 3.21 (0.142, 0.096) 60
비교예 1-8 ET-1-H 5.45 3.20 (0.142, 0.096) 55
비교예 1-9 ET-1-I 5.55 3.10 (0.142, 0.096) 62
비교예 1-10 ET-1-J 5.43 3.33 (0.142, 0.096) 78
비교예 1-11 ET-1-K 5.00 3.60 (0.142, 0.097) 98
비교예 1-12 ET-1-L 5.44 3.24 (0.142, 0.096) 44
비교예 1-13 ET-1-M 5.41 2.99 (0.142, 0.097) 50
비교예 1-14 ET-1-N 5.01 3.12 (0.142, 0.097) 33
비교예 1-15 ET-1-O 5.88 1.97 (0.142, 0.097) 44
상기 표 1의 결과로부터, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자의 전자주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
구체적으로 실험예 1-1 내지 1-8 및 1-11 내지 1-18과 비교예 1-1, 1-2, 1-3, 1-5, 1-7, 1-8, 1-9를 비교하면, 상기 화학식 1과 같이 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 헤테로아릴기가 하나만 치환된 화합물은 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 두 개 이상의 치환의 치환기를 가지는 화합물에 비하여 유기 발광 소자에서 구동전압, 효율 및 수명면에서 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 E3 및 E6의 3D 구조를 나타낸 도 3 및 도 4에 의하면, 상기 화합물들의 분자는 수평적 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있고, 화합물 ET-1-E 및 ET-1-I의 3D 구조를 나타낸 도 5 및 도 6에 의하면, 각각 A축과 B축이 거의 수직을 이루고 있어 분자가 수평적 구조에서 크게 벗어나 있음을 확인할 수 있다.
결과적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 E3 및 E6의 3D 구조를 나타낸 도 3 및 도 4과 화합물 ET-1-E 및 ET-1-I의 3D 구조를 나타낸 도 5 및 도 6을 비교하면, 분자의 3D 구조상에서의 배향성(orientation) 차이에 따라 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 보다 수평적 구조를 가지는 것을 알 수 있다. 따라서, 실험예 실험예 1-1 내지 1-8 및 1-11 내지 1-18의 상기 화학식 1과 같이 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 헤테로아릴기가 하나만 치환된 화합물은 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 두 개 이상의 치환기를 가지는 화합물에 비하여, 분자의 수평적 구조 성향이 강하여 전자이동도가 높아짐으로 인해 유기 발광 소자에서 구동전압이 낮고 높은 효율 및 장수명의 효과가 있다.
또한, 실험예 1-1 내지 1-8 및 1-11 내지 1-18과 비교예 1-4 및 1-6을 비교하면, 스피로 플루오렌 잔텐을 포함하는 상기 화학식 1의 구조는 스피로 플루오렌기를 포함하는 구조에 비하여 유기 발광 소자에서 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실험예 1-1 내지 1-8 및 1-11 내지 1-18과 비교예 1-11 내지 1-15를 비교하면, 화학식 1의 Ar1이 N을 2개 이상 포함하는 구조가 N을 1개 포함하는 구조에 비하여 유기 발광 소자에서 낮은 구동전압 높은 효율 및 장수명의 효과를 나타냄을 확인할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 6.0eV 이상의 깊은 HOMO 준위, 높은 삼중항 에너지(ET) 및 정공 안정성을 가져 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 전자주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용할 경우, 당업계에서 사용되는 n-형 도펀트를 혼합하여 사용 가능하다.
이에 따라, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 낮은 구동전압 및 높은 효율을 가지며, 화합물의 정공 안정성에 의하여 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
<실험예 2-1>
ITO(indium tin oxide)가 1,000Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화합물 [HI-A]를 600Å의 두께로 열 진공증착하여 정공주입층을 형성하였다. 상기 정공주입층 위에 하기 화학식의 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (hexaazatriphenylene; HAT) 50Å 및 하기 화합물 [HT-A] (600Å)를 순차적으로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 정공수송층 위에 막 두께 200Å으로 하기 화합물 [BH]와 [BD]를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 화합물 E1을 진공증착하여 200Å의 두께로 전자조절층을 형성하였다. 상기 전자조절층 위에 하기 화합물 [ET-1-J] 및 하기 화합물 [LiQ](Lithiumquinolate)를 1:1의 중량비로 진공증착하여 150Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 10Å 두께로 리튬 플루오라이드(LiF)와 1,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 내지 0.9Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플루오라이드는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 1×10-7 내지 5×10- 8torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure 112018036668608-pat00062
Figure 112018036668608-pat00063
< 실험예 2-2>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E2를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-3>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E3를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-4>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E4를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-5>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E5를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-6>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E6를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-7>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E7을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-8>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E8을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-11>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E11을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-12>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E12를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-13>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E13을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-14>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E14를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-15>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E15를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-16>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E16을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-17>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 E17을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 2-18>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 상기 화합물 E18을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-1>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 화합물 ET-1-A를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-2>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-B를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-3>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-C를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-4>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-D를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-5>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-E를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-6>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-2-F를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-7>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-G를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-8>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-H를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-9>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-I를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-10>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-J를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-11>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-K를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-12>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-L를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-13>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-M을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-14>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-N를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 2-15>
상기 실험예 2-1에서 화합물 E1 대신 상기 화합물 ET-1-O를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 실험예 2-1 내지 2-8, 2-11 내지 2-18 및 비교예 2-1 내지 2-15의 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10mA/cm2의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였고, 20mA/cm2의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간(T90)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
화합물 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)		 수명(h)
T90 at 20mA/cm2
실험예 2-1 E1 4.30 5.09 (0.142, 0.096) 159
실험예 2-2 E2 4.44 5.07 (0.142, 0.096) 150
실험예 2-3 E3 4.32 5.00 (0.142, 0.096) 149
실험예 2-4 E4 4.50 5.08 (0.142, 0.097) 142
실험예 2-5 E5 4.34 4.98 (0.142, 0.097) 130
실험예 2-6 E6 4.36 4.96 (0.142, 0.096) 132
실험예 2-7 E7 4.38 5.01 (0.142, 0.097) 166
실험예 2-8 E8 4.30 5.20 (0.142, 0.099) 211
실험예 2-11 E11 4.35 5.01 (0.142, 0.097) 197
실험예 2-12 E12 4.32 5.10 (0.142, 0.096) 185
실험예 2-13 E13 4.28 5.22 (0.142, 0.097) 200
실험예 2-14 E14 4.46 5.02 (0.142, 0.096) 151
실험예 2-15 E15 4.34 4.92 (0.142, 0.097) 147
실험예 2-16 E16 4.37 5.15 (0.142, 0.097) 241
실험예 2-17 E17 4.33 4.91 (0.142, 0.097) 149
실험예 2-18 E18 4.29 5.10 (0.142, 0.096) 177
비교예 2-1 ET-1-A 4.80 3.89 (0.142, 0.098) 80
비교예 2-2 ET-1-B 4.87 4.00 (0.142, 0.102) 76
비교예 2-3 ET-1-C 4.98 3.81 (0.142, 0.096) 82
비교예 2-4 ET-1-D 4.73 4.07 (0.142, 0.096) 57
비교예 2-5 ET-1-E 5.02 3.58 (0.142, 0.096) 69
비교예 2-6 ET-2-F 5.11 3.44 (0.142, 0.096) 72
비교예 2-7 ET-1-G 5.42 3.07 (0.142, 0.096) 54
비교예 2-8 ET-1-H 5.46 3.11 (0.142, 0.096) 50
비교예 2-9 ET-1-I 5.57 3.06 (0.142, 0.096) 55
비교예 2-10 ET-1-J 5.47 3.99 (0.142, 0.096) 78
비교예 2-11 ET-1-K 5.00 4.10 (0.142, 0.097) 95
비교예 2-12 ET-1-L 5.40 3.21 (0.142, 0.096) 40
비교예 2-13 ET-1-M 5.42 2.88 (0.142, 0.097) 44
비교예 2-14 ET-1-N 5.05 3.00 (0.142, 0.097) 37
비교예 2-15 ET-1-O 5.84 1.85 (0.142, 0.097) 41
상기 표 2의 결과로부터, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자의 전자조절층에 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
구체적으로 실험예 2-1 내지 2-8 및 2-11 내지 2-18과 비교예 2-1, 2-2, 2-3, 2-5, 2-7, 2-8, 2-9를 비교하면, 상기 화학식 1과 같이 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 헤테로아릴기가 하나만 치환된 화합물은 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 두 개 이상의 치환의 치환기를 가지는 화합물에 비하여 유기 발광 소자에서 구동전압, 효율 및 수명면에서 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 E3 및 E6의 3D 구조를 나타낸 도 3 및 도 4에 의하면, 상기 화합물들의 분자는 수평적 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있고, 화합물 ET-1-E 및 ET-1-I의 3D 구조를 나타낸 도 5 및 도 6에 의하면, 각각 A축과 B축이 거의 수직을 이루고 있어 분자가 수평적 구조에서 크게 벗어나 있음을 확인할 수 있다.
결과적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 E3 및 E6의 3D 구조를 나타낸 도 3 및 도 4과 화합물 ET-1-E 및 ET-1-I의 3D 구조를 나타낸 도 5 및 도 6을 비교하면, 분자의 3D 구조상에서의 배향성(orientation) 차이에 따라 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 보다 수평적 구조를 가지는 것을 알 수 있다. 따라서, 실험예 2-1 내지 2-8 및 2-11 내지 2-18의 상기 화학식 1과 같이 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 헤테로아릴기가 하나만 치환된 화합물은 스피로 플루오렌 잔텐 골격에 두 개 이상의 치환기를 가지는 화합물에 비하여, 분자의 수평적 구조 성향이 강하여 전자이동도가 높아짐으로 인해 유기 발광 소자에서 구동전압이 낮고 높은 효율 및 장수명의 효과가 있다.
또한, 실험예 2-1 내지 2-8 및 2-11 내지 2-18과 비교예 2-4 및 2-6을 비교하면, 스피로 플루오렌 잔텐을 포함하는 상기 화학식 1의 구조는 스피로 플루오렌기를 포함하는 구조에 비하여 유기 발광 소자에서 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실험예 2-1 내지 2-8 및 2-11 내지 2-18과 비교예 2-11 내지 2-15를 비교하면, 화학식 1의 Ar1이 N을 2개 이상 포함하는 구조가 N을 1개 포함하는 구조에 비하여 유기 발광 소자에서 낮은 구동전압 높은 효율 및 장수명의 효과를 나타냄을 확인할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 6.0 eV 이상의 깊은 HOMO 준위, 높은 삼중항 에너지(ET), 및 정공 안정성을 가져 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 전자조절층에 사용하여, 낮은 구동전압 및 높은 효율을 가지며, 화합물의 정공 안정성에 의하여 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.
10, 11: 유기 발광 소자
20: 기판
30: 제1 전극
40: 발광층
50: 제2 전극
60: 정공주입층
70: 정공수송층
80: 전자수송층
90: 전자주입층

Claims (17)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112019077803874-pat00064

    상기 화학식 1에 있어서,
    G1은 수소이고,
    L은 직접결합; 또는 아릴렌기이며,
    Ar1은 니트릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기로 치환 또는 비치환되고 N을 2 이상 포함하는 치환 또는 비치환된 1환 내지 5환의 헤테로고리이고,
    n은 0 내지 3의 정수이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ar1은 하기 화학식 2-A 내지 2-E 중 어느 하나인 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 2-A]
    Figure 112019077803874-pat00065

    [화학식 2-B]
    Figure 112019077803874-pat00066

    [화학식 2-C]
    Figure 112019077803874-pat00067

    [화학식 2-D]
    Figure 112019077803874-pat00068

    [화학식 2-E]
    Figure 112019077803874-pat00069

    상기 화학식 2-A 내지 화학식 2-E에 있어서,
    X1은 N 또는 CR1이고, X2는 N 또는 CR2이고, X3는 N 또는 CR3이고, X4는 N 또는 CR4이고, X1 내지 X4 중 적어도 2개는 N이며,
    X9는 N 또는 CR9이고, X10은 N 또는 CR10이고, X11은 O, S 또는 NR11이고,
    X11이 NR11이고 X9 및 X10 중 적어도 하나가 N이거나, X11이 O 또는 S이고 X9 및 X10이 각각 N이며,
    X32는 N 또는 CR32이고, X33은 N 또는 CR33이고, X34는 N 또는 CR34이고, X35는 N 또는 CR35이고, X32 내지 X35 중 적어도 2개는 N이며,
    R1 내지 R8 중 어느 하나, R9 내지 R13 중 어느 하나, R14 내지 R19 중 어느 하나, R20 내지 R31 중 어느 하나 또는 R32 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    R1 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 L은 직접결합; 페닐렌기; 바이페닐렌기; 나프탈렌기; 터페닐렌기; 쿼터페닐렌기; 안트라세닐렌기; 페난트레닐렌기; 트리페닐레닐렌기; 파이레닐렌기; 플루오레닐렌기; 또는 스피로시클로펜탄플루오레닐렌기인 것인 헤테로고리 화합물.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 화학식 2-A는 하기 화학식 3-A 내지 3-D 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 3-A]
    Figure 112019077803874-pat00070

    [화학식 3-B]
    Figure 112019077803874-pat00071

    [화학식 3-C]
    Figure 112019077803874-pat00072

    [화학식 3-D]
    Figure 112019077803874-pat00073

    상기 화학식 3-A에 있어서, R2 및 R4 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 3-B에 있어서, R2, R3 및 R5 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합하는 부위이고,
    상기 화학식 3-C에 있어서, R3 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합하는 부위이고,
    상기 화학식 3-D에 있어서, R1 및 R4 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합하는 부위이고,
    R1 내지 R8 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 화학식 2-B는, 하기 화학식 4-A 내지 4-D 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 4-A]
    Figure 112019077803874-pat00074

    [화학식 4-B]
    Figure 112019077803874-pat00075

    [화학식 4-C]
    Figure 112019077803874-pat00076

    [화학식 4-D]
    Figure 112019077803874-pat00077

    상기 화학식 4-A에 있어서, R10 내지 R13 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 4-B 및 4-C에 있어서, R12 또는 R13은 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 4-D에 있어서, R11 내지 R13 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    R10 내지 R13 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 화학식 2-E는 하기 화학식 5-A 내지 5-G 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 5-A]
    Figure 112019077803874-pat00078

    [화학식 5-B]
    Figure 112019077803874-pat00079

    [화학식 5-C]
    Figure 112019077803874-pat00080

    [화학식 5-D]
    Figure 112019077803874-pat00081

    [화학식 5-E]
    Figure 112019077803874-pat00082

    [화학식 5-F]
    Figure 112019077803874-pat00083

    [화학식 5-G]
    Figure 112019077803874-pat00084

    상기 화학식 5-A에 있어서, R34 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 5-B에 있어서, R35 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 5-C에 있어서, R34 및 R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 5-D에 있어서, R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 5-E에 있어서, R32 및 R35 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 5-F에 있어서, R32, R34 및 R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    상기 화학식 5-G에 있어서, R33, R34 및 R36 내지 R41 중 어느 하나는 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위이고,
    R32 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure 112018036668608-pat00085

    [화학식 1-2]
    Figure 112018036668608-pat00086

    [화학식 1-3]
    Figure 112018036668608-pat00087

    상기 화학식 1-1 내지 1-3에 있어서,
    L, Ar1, G1 및 n의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 R1 내지 R8 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기인 것인 헤테로고리 화합물.
  9. 청구항 2에 있어서, 상기 R9 내지 R13 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기인 것인 헤테로고리 화합물.
  10. 청구항 2에 있어서, 상기 R14 내지 R19 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기인 것인 헤테로고리 화합물.
  11. 청구항 2에 있어서, 상기 R20 내지 R31 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기인 것인 헤테로고리 화합물.
  12. 청구항 2에 있어서, 상기 R32 내지 R41 중 상기 화학식 1의 L에 결합되는 부위를 제외한 나머지는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기인 것인 헤테로고리 화합물.
  13. 삭제
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 하기 헤테로고리 화합물들 중에서 선택된 어느 하나인 것인 헤테로고리 화합물:
    Figure 112018036668608-pat00088

    Figure 112018036668608-pat00089

    Figure 112018036668608-pat00090

    Figure 112018036668608-pat00091

    Figure 112018036668608-pat00092

    Figure 112018036668608-pat00093
    .
  15. 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 청구항 1 내지 12 및 14 중 어느 한 항에 따른 헤테로고리 화합물은 상기 1층 이상의 유기물층 중 1층 이상에 포함되는 것인 유기 발광 소자.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 헤테로고리 화합물은 전자주입층, 전자수송층 및 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층 중 1층 이상에 포함되는 것인 유기 발광 소 자.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 헤테로고리 화합물은 전자조절층에 포함되는 것인 유기 발광 소자.
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