KR102373387B1 - 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 Download PDF

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조민지
이선희
문성윤
박용욱
신진우
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Abstract

본 발명은 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있는 신규 화합물 및 이를 이용한 유기전기소자, 그 전자 장치를 제공한다.

Description

유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT, ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT USING THE SAME, AND AN ELECTRONIC DEVICE THEREOF}
본 발명은 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기전기소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물 층은 유기전기소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.
유기전기소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하 수송 재료, 예컨대 정공주입재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다.
현재 휴대용 디스플레이 시장은 대면적 디스플레이로 그 크기가 증가하고 있는 추세이며, 이로 인해 기존 휴대용 디스플레이에서 요구하던 소비전력보다 더 큰 소비전력이 요구되고 있다. 따라서, 배터리라는 제한적인 전력 공급원을 가지고 있는 휴대용 디스플레이 입장에서는 소비전력이 매우 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 되는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생하는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 늘어나는 경향을 나타낸다.
하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질, 발광보조층 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정되고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 신규한 구조를 갖는 화합물을 밝혀내었으며, 또한 이 화합물을 유기전기소자에 적용시 소자의 구동전압, 효율 및 수명 등을 현저히 개선시킬 수 있다는 사실을 밝혀내었다.
이에 본 발명은 소자 제작 시 화합물의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 정공수송층에 사용되어 전하 이동도를 미세하게 조절 가능한 신규한 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
화학식 1
Figure 112021144871608-pat00001
본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압 및 고내열성을 달성할 수 있으며, 소자의 색순도 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 화학식을 나타낸다.
도 5는 HOMO DOS의 예시도이다.
도 6은 상태에너지 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, 달리 언급하지 않는 한, 하기 용어의 의미는 하기와 같다:
본 명세서에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소(F), 브롬(Br), 염소(Cl) 또는 요오드(I)이다.
본 발명에 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수의 단일결합을 가지며, 직쇄 알킬기, 분지쇄 알킬기, 사이클로알킬(지환족)기, 알킬-치환된 사이클로알킬기, 사이클로알킬-치환된 알킬기를 비롯한 포화 지방족 작용기의 라디칼을 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "알켄일기", "알케닐기" 또는 "알킨일기"는 다른 설명이 없는 한 각각 2 내지 60의 탄소수의 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 직쇄형 또는 측쇄형 사슬기를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "시클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알콕실기", "알콕시기", 또는 "알킬옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알킬기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴옥실기" 또는 "아릴옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 아릴기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일 고리 또는 다중 고리의 방향족을 의미하며, 이웃한 치환기가 결합 또는 반응에 참여하여 형성된 방향족 고리를 포함한다. 예컨대, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 플루오렌기, 스파이로플루오렌기일 수 있다.
접두사 "아릴" 또는 "아르"는 아릴기로 치환된 라디칼을 의미한다. 예를 들어 아릴알킬기는 아릴기로 치환된 알킬기이며, 아릴알켄일기는 아릴기로 치환된 알켄일기이며, 아릴기로 치환된 라디칼은 본 명세서에서 설명한 탄소수를 가진다.
또한 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕실카르보닐기의 경우 알콕실기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 헤테로지방족 고리 및 헤테로방향족 고리를 포함한다. 이웃한 작용기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타낸다.
또한 "헤테로고리기"는 고리를 형성하는 탄소 대신 SO2를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.
Figure 112021144871608-pat00002
본 발명에 사용된 용어 "플루오렌일기" 또는 "플루오렌일렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하기 구조에서 R, R' 및 R"이 모두 수소인 1가 또는 2가 작용기를 의미하며, "치환된 플루오렌일기" 또는 "치환된 플루오렌일렌기"는 치환기 R, R', R" 중 적어도 하나가 수소 이외의 치환기인 것을 의미하며, R과 R'이 서로 결합되어 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성한 경우를 포함한다.
Figure 112021144871608-pat00003
본 발명에서 사용된 용어 "스파이로 화합물"은 '스파이로 연결(spiro union)'을 가지며, 스파이로 연결은 2개의 고리가 오로지 1개의 원자를 공유함으로써 이루어지는 연결을 의미한다. 이때, 두 고리에 공유된 원자를 '스파이로 원자'라 하며, 한 화합물에 들어 있는 스파이로 원자의 수에 따라 이들을 각각 '모노스파이로-', '다이스파이로-', '트라이스파이로-' 화합물이라 한다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "지방족"은 탄소수 1 내지 60의 지방족 탄화수소를 의미하며, "지방족고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족 탄화수소 고리를 의미한다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화고리를 포함한다.
전술한 헤테로화합물 이외의 그 밖의 다른 헤테로화합물 또는 헤테로라디칼은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬아민기, C1~C20의 알킬티오펜기, C6~C20의 아릴티오펜기, C2~C20의 알켄일기, C2~C20의 알킨일기, C3~C20의 시클로알킬기, C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C8~C20의 아릴알켄일기, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 및 C2~C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용되는 화학식은 하기 화학식의 지수 정의에 의한 치환기 정의와 동일하게 적용된다.
Figure 112021144871608-pat00004
여기서, a가 0의 정수인 경우 치환기 R1은 부존재하며, a가 1의 정수인 경우 하나의 치환기 R1은 벤젠 고리를 형성하는 탄소 중 어느 하나의 탄소에 결합하며, a가 2 또는 3의 정수인 경우 각각 다음과 같이 결합하며 이때 R1은 서로 동일하거나 다를 수 있으며, a가 4 내지 6의 정수인 경우 이와 유사한 방식으로 벤젠 고리의 탄소에 결합하며, 한편 벤젠 고리를 형성하는 탄소에 결합된 수소의 표시는 생략한다.
Figure 112021144871608-pat00005
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물 및 이를 포함하는 유기전기소자에 대하여 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 1
Figure 112021144871608-pat00006
상기 화학식 1에서, 각 기호는 하기와 같이 정의될 수 있다.
1) R’ 및 R”은 서로 독립적으로 수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; 및 C6~C30의 아릴옥시기;로 이루어진 군에서 선택되며, 또는 R’ 및 R”은 서로 결합하여 스파이로 고리를 형성할 수 있다.
상기 R’ 및 R”이 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 R’ 및 R”이 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있으며, 예시적으로 피라진, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 다이벤조싸이오펜, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 R’ 및 R”이 융합고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리와 C6~C24의 방향족고리의 융합고리기일 수 있다.
상기 R’ 및 R”이 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C30의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1~C24의 알킬기일 수 있다.
상기 R’ 및 R”이 알콕시기인 경우, 바람직하게는 C1~C24의 알콕시기일 수 있다.
상기 R’ 및 R”이 아릴옥시기인 경우, 바람직하게는 C6~C24의 아릴옥시기일 수 있다.
2) R1 및 R2는 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C60의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 C3~C60의 사이클로알킬기;로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 R1 및 R2가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있으며, 예시적으로 피라진, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 다이벤조싸이오펜, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 융합고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리와 C6~C24의 방향족고리의 융합고리기일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C30의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1~C24의 알킬기일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 알콕시기인 경우, 바람직하게는 C1~C24의 알콕시기일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 아릴옥시기인 경우, 바람직하게는 C6~C24의 아릴옥시기일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 사이클로알킬기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 사이클로알킬기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 사이클로알킬기일 수 있다.
3) Ra 및 Rb는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 C3~C60의 사이클로알킬기;로 이루어진 군에서 선택되며, 또는 이웃한 복수의 Ra끼리 혹은 복수의 Rb끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 Ra 및 Rb가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 Ra 및 Rb가 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있으며, 예시적으로 피라진, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 다이벤조싸이오펜, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 Ra 및 Rb가 융합고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리와 C6~C24의 방향족고리의 융합고리기일 수 있다.
상기 Ra 및 Rb가 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C30의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1~C24의 알킬기일 수 있다.
상기 Ra 및 Rb가 알콕시기인 경우, 바람직하게는 C1~C24의 알콕시기일 수 있다.
상기 Ra 및 Rb가 아릴옥시기인 경우, 바람직하게는 C6~C24의 아릴옥시기일 수 있다.
상기 Ra 및 Rb가 사이클로알킬기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 사이클로알킬기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 사이클로알킬기일 수 있다.
4) m은 0 내지 3의 정수이며, n은 0 내지 4의 정수이고,
5) 여기서, 상기 아릴기, 헤테로고리기, 플루오렌일기, 지방족고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕시기, 아릴옥시기 및 사이클로알킬기는 각각 중수소; 할로겐; 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; C1~C20의 알킬싸이오기; C1~C20의 알콕시기; C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C6~C20의 아릴기; 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기; 플루오렌일기; C2~C20의 헤테로고리기; C3~C20의 시클로알킬기; C7~C20의 아릴알킬기; 및 C8~C20의 아릴알켄일기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있으며, 또한 이들 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있으며, 여기서 '고리'란 C3~C60의 지방족고리 또는 C6~C60의 방향족고리 또는 C2~C60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화 고리를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 나타낸 화합물이 하기 화학식 2 내지 화학식 5 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 2 화학식 3
Figure 112021144871608-pat00007
화학식 4 화학식 5
Figure 112021144871608-pat00008
{상기 화학식 2 내지 화학식 5에서,
1) R1, R2, Ra, Rb, m 및 n은 상기에서 정의된 바와 동일하며,
2) X는 O 또는 S이고,
2) Rc 및 Rd는 상기 Ra의 정의와 동일하며,
3) o 및 p는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, q 및 r은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.}
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 나타낸 화합물이 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 6
Figure 112021144871608-pat00009
{상기 화학식 6에서,
1) R’, R”, R1, R2, m 및 n은 상기에서 정의된 바와 동일하며,
2) Ra 및 Rb는 수소이다.}
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 나타낸 화합물이 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 7
Figure 112021144871608-pat00010
{상기 화학식 7에서,
1) R’ 및 R”은 상기에서 정의된 바와 동일하며,
2) R1 및 R2는 서로 독립적으로 C6~C25의 아릴기이다.}
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 나타낸 화합물이 하기 화학식 8 내지 화학식 11 중 어느 하나로 표시되는 화합물을 제공한다.
화학식 8 화학식 9
Figure 112021144871608-pat00011
화학식 10 화학식 11
Figure 112021144871608-pat00012
{상기 화학식 8 내지 화학식 11에서, R1, R2 및 X는 상기에서 정의된 바와 동일하다.}
또한, 본 발명은 상기 화학식 8 내지 화학식 11의 R1 및 R2가 모두 C6의 아릴기인 화합물을 제공한다.
또한, 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물이 정공수송영역의 정공수송층(HTL)용인 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
Figure 112021144871608-pat00013
Figure 112021144871608-pat00014
Figure 112021144871608-pat00015
Figure 112021144871608-pat00016
Figure 112021144871608-pat00017
Figure 112021144871608-pat00018
Figure 112021144871608-pat00019
Figure 112021144871608-pat00020
Figure 112021144871608-pat00021
Figure 112021144871608-pat00022
Figure 112021144871608-pat00023
Figure 112021144871608-pat00024
Figure 112021144871608-pat00025
Figure 112021144871608-pat00026
Figure 112021144871608-pat00027
Figure 112021144871608-pat00028
Figure 112021144871608-pat00029
Figure 112021144871608-pat00030
또한, 다른 측면에서 본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 단독화합물 또는 2 이상의 화합물을 포함하는 것을 유기전기소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유기물층으로 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 발광층으로 하기 화학식 12 내지 화학식 14로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
화학식 12 화학식 13
Figure 112021144871608-pat00031
Figure 112021144871608-pat00032
화학식 14
Figure 112021144871608-pat00033
상기 화학식 12 내지 화학식 14에서, 각 기호는 하기와 같이 정의될 수 있다.
1) X1, X2 및 X3은 서로 독립적으로 C(R3) 또는 N이며, 단, X1, X2 및 X3 중 적어도 2개는 N이고,
2) R3은 수소; 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; 및 C6~C30의 아릴옥시기;로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 R3이 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 R3이 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있고, 예시적으로 피라진, 싸이오펜, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 R3이 융합고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리와 C6~C24의 방향족고리의 융합고리기일 수 있다.
상기 R3이 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C30의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1~C24의 알킬기일 수 있다.
상기 R3이 알콕실기인 경우, 바람직하게는 C1~C24의 알콕실기일 수 있다.
상기 R3이 아릴옥시기인 경우, 바람직하게는 C6~C24의 아릴옥시기일 수 있다.
3) Y 및 Y'은 서로 독립적으로 O, S, CReRf 또는 N-L'-Ar8이고,
4) W는 O, N, S, CReRf 또는 N-L'-Ar8이며,
5) 상기 Re 및 Rf는 서로 독립적으로 수소; 중수소; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; 및 C6~C30의 아릴옥시기;로 이루어진 군에서 선택되고, 또는 Re 및 Rf는 서로 결합하여 스파이로 고리를 형성할 수 있다.
상기 Re 및 Rf가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 Re 및 Rf가 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있고, 예시적으로 피라진, 싸이오펜, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 Re 및 Rf가 융합고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리와 C6~C24의 방향족고리의 융합고리기일 수 있다.
상기 Re 및 Rf가 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C30의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1~C24의 알킬기일 수 있다.
상기 Re 및 Rf가 알콕실기인 경우, 바람직하게는 C1~C24의 알콕실기일 수 있다.
상기 Re 및 Rf가 아릴옥시기인 경우, 바람직하게는 C6~C24의 아릴옥시기일 수 있다.
6) L1, L2, L3, L4, L5, L6 및 상기 L'은 서로 독립적으로 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 L1, L2, L3, L4, L5, L6 및 L'이 아릴렌기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴렌기, 더욱 바람직하게는 C6~C24의 아릴렌기일 수 있으며, 예컨대, 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 L1, L2, L3, L4, L5, L6 및 L'이 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있고, 예시적으로 피라진, 싸이오펜, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
7) Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 상기 Ar8은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C60의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; 및 C6~C30의 아릴옥시기;로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 Ar8이 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 Ar8이 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있고, 예시적으로 피라진, 싸이오펜, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 Ar8이 융합고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리와 C6~C24의 방향족고리의 융합고리기일 수 있다.
상기 Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 Ar8이 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C30의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1~C24의 알킬기일 수 있다.
상기 Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 Ar8이 알콕실기인 경우, 바람직하게는 C1~C24의 알콕실기일 수 있다.
상기 Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 Ar8이 아릴옥시기인 경우, 바람직하게는 C6~C24의 아릴옥시기일 수 있다.
8) A환, B환 및 C환은 서로 독립적으로 C6~C14의 아릴기;이고, 또는 A환, B환 및 C환은 R1로 치환될 수 있으며,
9) E환, F환, G환 및 H환은 서로 독립적으로 C6~C20의 아릴기; 또는 C2~C20의 헤테로고리기;이고, 또는 E환, F환, G환 및 H환은 R2로 치환될 수 있으며,
10) 상기 R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L"-N(Rm)(Rn);으로 이루어진 군에서 선택되고, 이웃한 기끼리 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 R1 및 R2가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있고, 예시적으로 피라진, 싸이오펜, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 융합고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리와 C6~C24의 방향족고리의 융합고리기일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C30의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1~C24의 알킬기일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 알콕실기인 경우, 바람직하게는 C1~C24의 알콕실기일 수 있다.
상기 R1 및 R2가 아릴옥시기인 경우, 바람직하게는 C6~C24의 아릴옥시기일 수 있다.
11) 상기 L"은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 Rm 및 Rn은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 L"이 아릴렌기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴렌기, 더욱 바람직하게는 C6~C24의 아릴렌기일 수 있으며, 예컨대, 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 L"이 지방족고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리기일 수 있다.
상기 L"이 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있고, 예시적으로 피라진, 싸이오펜, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
상기 Rm 및 Rn이 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다.
상기 Rm 및 Rn이 지방족고리기인 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리기, 더욱 바람직하게는 C3~C24의 지방족고리기일 수 있다.
상기 Rm 및 Rn이 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C24의 헤테로고리기일 수 있고, 예시적으로 피라진, 싸이오펜, 피리딘, 피리미도인돌, 5-페닐-5H-피리미도[5,4-b]인돌, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 카바졸, 다이벤조퀴나졸, 다이벤조퓨란, 벤조싸이에노피리미딘, 벤조퓨로피리미딘, 페노싸이아진, 페닐페노싸이아진 등일 수 있다.
12) b 및 c는 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단, b+c≥1이며,
13) 여기서, 상기 아릴기, 아릴렌기, 헤테로고리기, 플루오렌일기, 플루오렌일렌기, 지방족고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알콕실기 및 아릴옥시기는 각각 중수소; 할로겐; 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; C1~C20의 알킬싸이오기; C1~C20의 알콕시기; C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C6~C20의 아릴기; 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기; 플루오렌일기; C2~C20의 헤테로고리기; C3~C20의 시클로알킬기; C7~C20의 아릴알킬기; 및 C8~C20의 아릴알켄일기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있으며, 또한 이들 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있으며, 여기서 '고리'란 C3~C60의 지방족고리 또는 C6~C60의 방향족고리 또는 C2~C60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화 고리를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 나타낸 화합물이 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3 중 어느 하나로 표시되는 것을 유기전기소자를 제공한다.
화학식 2-1 화학식 2-2 화학식 2-3
Figure 112021144871608-pat00034
{상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서,
1) A환, C환, Y, Y', b, c, Ar3, L1 및 R1은 상기에서 정의된 바와 동일하며,
2) a는 0 내지 2의 정수이다.}
구체적으로, 상기 화학식 12로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
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Figure 112021144871608-pat00110
또한, 본 발명은 상기 화학식 13이 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5 중 어느 하나로 표시되는 유기전자소자를 제공한다.
화학식 3-1 화학식 3-2
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화학식 3-3 화학식 3-4
Figure 112021144871608-pat00112
화학식 3-5
Figure 112021144871608-pat00113
{상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5에서, E환, F환, G환, H환, Ar4, Ar8, L2, L3, L', Re 및 Rf은 상기에서 정의한 바와 동일하다.}
구체적으로, 상기 화학식 13으로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
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Figure 112021144871608-pat00130
Figure 112021144871608-pat00131
또한, 본 발명은 상기 화학식 14로 나타낸 화합물이 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-6 중 어느 하나로 표시되는 것을 유기전기소자를 제공한다.
화학식 4-1 화학식 4-2
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화학식 4-3 화학식 4-4
Figure 112021144871608-pat00133
화학식 4-5 화학식 4-6
Figure 112021144871608-pat00134
{상기 화학식 4-1 내지 4-6에서,
1) X21, X25 및 X27은 서로 독립적으로 NAr11, O, S 또는 C(R10)(R11)이며,
2) X24, X26 및 X28은 서로 독립적으로 NAr12, O, S, C(R20)(R21) 또는 단일결합이고,
3) 상기 Ar11 및 Ar12는 상기 Ar3의 정의와 동일하며,
4) a', d' 및 f'은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, b', c', e' 및 ta'은 서로 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
5) L4, L5, L6, Ar6 및 Ar7은 상기에서 정의된 바와 동일하고,
6) ta 및 tb는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, te는 0 내지 7의 정수이고, tf는 0 내지 5의 정수이며,
7) R3, R4, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20 및 R21은 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C1~C20의 알킬기 또는 C6~C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 시아노기; 니트로기; C1~C20의 알콕시기; C6-C20의 아릴옥시기; C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C6~C20의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C20의 헤테로고리기; 및 C3~C20의 지방족고리기;로 이루어진 군에서 선택되며, 또는 이웃한 기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 또는 인접한 치환기와 결합하여 고리를 형성할 수 있다.}
구체적으로, 상기 화학식 14로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
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도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 유기전기소자(100)는 제 1전극(110), 제 2전극(170) 및 제 1전극(110)과 제 2전극(170) 사이에 화학식 1로 표시되는 단독화합물 또는 2종 이상의 화합물을 포함하는 유기물층을 구비한다. 이때, 제 1전극(110)은 애노드 또는 양극이고, 제 2전극(170)은 캐소드 또는 음극일 수 있으며, 인버트형의 경우에는 제 1전극이 캐소드이고 제 2전극이 애노드일 수 있다.
유기물층은 제 1전극(110) 상에 순차적으로 정공주입층(120), 정공수송층(130), 발광층(140), 전자수송층(150) 및 전자주입층(160)을 포함할 수 있다. 이때, 발광층(140)을 제외한 나머지 층들이 형성되지 않을 수 있다. 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(220), 버퍼층(210) 등을 더 포함할 수도 있고, 전자수송층(150) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다. (도 2 참조)
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 보호층 또는 광효율 개선층(180)을 더 포함할 수 있다. 이러한 광효율 개선층은 제 1전극의 양면 중 유기물층과 접하지 않는 면 또는 제 2전극의 양면 중 유기물층과 접하지 않는 면에 형성될 수 있다. 상기 유기물층에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 정공주입층(120), 정공수송층(130), 발광보조층(220), 전자수송보조층, 전자수송층(150), 전자주입층(160), 발광층(140)의 호스트 또는 도펀트, 또는 광효율 개선층의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 바람직하게는 예컨대, 본 발명의 화학식 1에 따른 화합물은 정공수송층 재료로 사용될 수 있다.
상기 유기물층은 상기 양극 상에 순차적으로 형성된 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 스택을 둘 이상 포함할 수 있으며, 상기 둘 이상의 스택 사이에 형성된 전하생성층을 더 포함할 수 있다. (도 3 참조)
한편, 동일한 코어일지라도 어느 위치에 어느 치환기를 결합시키냐에 따라 밴드갭(band gap), 전기적 특성, 계면 특성 등이 달라질 수 있으므로, 코어의 선택 및 이에 결합된 서브(sub)-치환체의 조합도 아주 중요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 level 및 T1 값, 물질의 고유특성(mobility, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공주입층(120), 정공수송층(130), 발광층(140), 전자수송층(150) 및 전자주입층(160)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 및 롤투롤 공정 중 어느 하나에 의해 형성되며, 상기 유기물층은 정공수송층으로 상기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.
또 다른 구체적인 예로서, 본 발명은 상기 유기물층에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 동종 또는 이종의 화합물이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 정공수송층 조성물을 제공하고, 상기 정공수송층을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또 다른 측면에서 상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자 장치를 본 발명에서 제공한다. 이때, 전자 장치는 현재 또는 장래의 유무선 통신단말기일 수 있으며, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기, PDA, 전자사전, PMP, 리모콘, 네비게이션, 게임기, 각종 TV, 각종 컴퓨터 등 모든 전자 장치를 포함한다.
이하, 하기 화학식 1 구조를 참고하여 본 발명 화합물의 골격 구성에 따른 효과를 보다 상세히 설명한다.
화학식 1
Figure 112021144871608-pat00203
본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층과 정공주입층 사이의 정공수송층으로 사용될 수 있으며, 정공수송층으로 사용될 때, 발광층 또는 발광보조층으로의 정공주입 속도 및 양 조절이 용이하고, 효율과 수명을 개선하여 우수한 소자 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물에 있어서, 플루오렌일기는 HOMO (highest occupied molecular orbital)와 박막 형성 시 분자 간 패킹(packing)성을 결정짓는 주요 치환체이다.
또한, 본 발명의 화학식 1에서, 구성 1의 파라(para) 위치의 치환기 및 구성 2의 오쏘(ortho) 위치의 치환기는, 바람직하게는 C6~C25의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6의 아릴기(페닐)일 수 있고, 이로 인해 화합물 구조의 미세한 성질(HOMO 준위, 입체성, 분자간 거리, T1-BDE)을 조절할 수 있다.
보다 상세하게는, 분자의 삼중항 결합해리에너지(T1-BDE) 값이 15.0 kcal/mol을 상회하는 값, 바람직하게는 17.0 kcal/mol, 더욱 바람직하게는 17.5 kcal/mol을 상회하는 값을 가짐으로써, 화합물 자체의 안정성 증가로 인하여 소자의 수명을 극대화 시킬 수 있다.
또한, 유사 코어 비교에서 분자간 평균거리가 비교화합물 대비 하회하는 값을 가지게 함으로써 전하이동도를 증가시켜 소자의 발광효율 및 구동전압을 개선시킬 수 있다.
이는 플루오렌일기 코어를 갖는 모노아민 화합물에서 치환위치가 한정된 R1, R2 치환기를 통해 정송수송층으로서 최적의 효율을 낼 수 있도록 화합물의 성질을 미세하게 조절함으로써, 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
삼중항 결합 해리 에너지(Weakest bond dissociation energy at the first triplet excited state, T1- BDE )는 단분자에서의 결합해리에너지를 통해 계산되는 값이며, 결합해리에너지(Bond-Dissociation Energy, BDE)는 분자 내 비순환결합에 대한 결합에너지를 계산한 것이다. 이를 위해 대상 분자의 전기적 퍼텐셜 에너지(Electric potential energy)를 계산하고 비순환결합을 기준으로 2개의 래디컬 분자로 나누어 각각에 대한 전기적 퍼텐셜 에너지를 계산하며, 결합해리에너지는 하기와 같은 식으로 표현할 수 있다.
Figure 112021144871608-pat00204
여기서 삼중항 결합해리에너지를 얻기 위한 모든 계산은 전기적으로 중성인 삼중항 여기 상태로 진행한다. 이때, 분자 구조를 삼중항 여기 상태로 최적화하기 위해 시간에 의존하는 밀도범함수 이론(Time dependent density functional theory; TD-DFT)을 적용하여 계산하였다.
분자동역학 시뮬레이션은 총 4단계로 진행되었으며, 첫 단계는 Brownian 역학에 따라 일정한 부피를 갖는 조건에서 10 켈빈의 온도로 진행한다. 두 번째 단계도 마찬가지로 Brownian 역학에 따라 진행하되, 일정한 대기압(1.01325 bar) 조건에서 100 켈빈의 온도로 진행한다. 이후 세 번째 단계에서 역장(Force Field)에 따른 분자동역학을 계산하며, 마찬가지로 일정한 압력(대기압)과 온도(상온)에서 0.1나노초(ns) 만큼 진행시킨다. 마지막으로 세 번째 단계와 같은 조건(대기압, 상온)에서 2펨토초(fs) 단위로 분자동역학 과정을 진행시키며, 일정 시간이 소요될 때까지 시뮬레이션을 진행한다. 이때 일정 시간은 비결정질 고체 구조가 충분히 평형상태(Equilibrium state)에 이르는 시간을 의미하며, 바람직하게는 수백 나노초 내지 수천 나노초일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100나노초 내지 150나노초 일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 120나노초 일 수 있다. 이후 최종 시점에서의 구조 데이터를 추출하고 해당 구조에서 일부 단분자들을 추출(샘플링)한다. 양자역학(Quantum Mechanics) 시뮬레이션을 통해 추출한 단분자에 대한 단일시점 에너지 계산(Single-point energy calculation)을 진행하고, 분자 내 비순환결합(Acyclic bond)에 대한 결합해리에너지(Bond-dissociation energy; BDE)를 계산한다. 얻어낸 모든 결합해리에너지 값을 취하여 결합해리에너지 집합 G={E1 … EN}을 구성하고 결합해리에너지 집합의 평균값을 고체 상태 물질의 결합해리에너지 지표로 사용한다.
본 발명에서 비결정질 고체상에서의 평균 결합해리에너지 값의 단위는 eV이며, eV 값에 23.061을 곱하여 kcal/mol 단위로 환산할 수 있다.
비결정질 고체 내 분자간 평균거리(Average distance between molecules in amorphous solid)는 비결정질 고체상태의 분자들이 충분히 균일하게 분포되어 있다고 가정할 경우, 다음과 같은 식으로 표현된다.
Figure 112021144871608-pat00205
여기서,
Figure 112021144871608-pat00206
는 분자간 평균 거리, V는 비결정질 고체의 부피, N은 비결정질 고체 내 분자의 개수이다.
여기서 분자동역학 시뮬레이션은 주기 반복 경계 조건(PBC)을 가진 단위 정(Unit cell) 내 일정한 개수[128개]의 단분자를 배치하여 진행하였으므로, 위의 식에서 부피와 분자 개수는 각각 PBC 영역 내 부피(체적 부피; Bulk volume)와 그 안에 존재하는 분자 개수[128개]로 설정할 수 있다.
분자간 거리와 전하 이동도(Charge Mobility)는 본 발명의 화학식 1의 화합물의 진보됨을 설명하기 위한 중요 상관관계 요소로서, 이하, 전하이동도에 대해 설명하기로 한다.
일반화된 유효매질모델(Generalized effective medium model, GEMM)에서 균일한 매질에 대한 전하이동도는 유효매질근사(Effective medium approximation)에 따른 마스터 방정식(Master equation)의 해석적 해로부터 구할 수 있으며, 그 식은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112021144871608-pat00207
여기서 e는 전하량, β는 볼츠만 상수와 온도의 역수(1/k B T)로 주어지는 열역학적 상수, M은 평균 이웃분자(Nearest-neighbor molecules) 개수, H ab 는 전하 전달 행렬 요소(Charge transfer matrix element), n은 전하 전달 차원(3차원계에서 n=3),
Figure 112021144871608-pat00208
는 플랑크 상수, λ는 재배치 에너지(Reorganization energy), σ는 무질서도 지표(disorder parameter), C는 보정상수이다. 따라서 전하이동도는 다음과 같은 비례관계를 갖는다.
Figure 112021144871608-pat00209
비결정질 고체상태의 분자들이 충분히 균일하게 분포되어 있다고 가정할 경우(σ≪1), 각 이분자(Dimer) 사이의 전하 전달 행렬 요소(H ab )는 일정하므로 위 비례식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112021144871608-pat00210
이때, 전하 전달 행렬 요소는 선험적으로 분자간 거리와 아래와 같은 비례 관계를 가지고 있음이 알려져 있다.
Figure 112021144871608-pat00211
여기서 η는 감쇠상수(decay constant), r은 분자간 거리이다. 따라서 균일한 매질에 대해 전하이동도는 분자간 거리에 대해 지수적 감쇠 비례하는 관계를 가지고 있으며, 분자간 거리가 짧을수록 전하이동도는 증가하는 추세를 보이게 된다.
HOMO 상태 밀도(Density of the highest occupied molecular orbital states)는 분자동역학 시물레이션을 진행하여 평형상태에서의 비결정질 고체 구조를 얻는다. 그 후 마지막 상태에서의 단분자를 추출하여 단일점 에너지(Single-point energy, SPE) 계산으로 진행하여 각 분자의 HOMO 레벨을 계산한다. 계산된 HOMO 레벨을 히스토그램 플롯하여 HOMO 분포를 얻고, 이 분포를 가우스 함수로 피팅(fitting)하여 중앙값과 반치전폭값을 얻는다.
자세하게 설명하면, 이상적인 기체 상태와는 달리 비결정질 고체 상태를 이루고 있는 분자는 서로 다른 분자간 상호 작용으로 인해 그 형태(conformation)가 변형된다. 이로 인해 분자가 가질 수 있는 형태는 가우스 분포 함수(Gaussian distribution function)로 주어지게 된다. 이에 따라 각 분자가 가지는 HOMO 및 LUMO 레벨 또한 단일값 대신 가우스 분포로 존재하게 되며, 특히 HOMO 레벨 분포를 Density of the highest occupied molecular orbital states (HOMO DOS)라고 정의한다. 따라서 비결정질 고체 상태의 분자의 HOMO 레벨은 정규화된 HOMO DOS의 반치전폭(Full-width at half-maximum; FWHM)과 중앙값으로 정의된다(도 5 참고).
한편, 마커스 이론(Marcus theory)에 따르면 서로 다른 두 분자 간의 전하 전달률(charge transfer rate; CTR)은 다음과 같은 비례 관계를 갖는다.
Figure 112021144871608-pat00212
여기서, k는 전하 전달률, λ는 재배치 에너지, △G는 상태 에너지 차(site energy difference; SED), kB는 볼츠만 상수, T는 절대온도이다. 여기서 △G가 작을수록 전하 전달률이 높아지게 되는데, 만약 정공(hole)을 전달하는 경우 △G는 이분자를 구성하는 단분자가 각각 양이온 상태로 존재하는 두 상태 사이의 에너지 차이에 해당한다(도 6 참고).
즉, △G는 근사적으로 각 분자의 이온화 에너지(Ionization potential)의 차이에 해당하며, 이는 코프만스 정리(Koopmans' theorem)에 따라 각 분자의 HOMO 레벨의 절대값 차로 나타낼 수 있다.
따라서 서로 다른 비결정질 고체의 HOMO DOS를 비교하여 서로 겹치는 영역은
Figure 112022013410119-pat00213
△G=0이 되는, 다시 말해 전하 전달률이 최대가 되는 영역이다. 이때 HOMO DOS는 정규화된 가우스 분포를 따르므로 겹침 영역의 넓이는 최소 0에서 최대 1의 값을 가지게 되며, 이 값이 클수록 서로 다른 레이어 간의 전하 주입 특성이 향상된다고 볼 수 있다. 일반적으로 DOS의 반치전폭이 넓을수록 다른 레이어와 겹침 영역이 넓어지므로 주입 특성이 유리하다고 볼 수 있다.
상기의 모든 계산은 분자 시뮬레이션(Gaussian09 Rev. C.01, Schrodinger Materials Science Suite 4.1.161)을 통해 이루어졌으며, 분자동역학 시뮬레이션을 위해 Desmond 패키지를 사용하였다. 분자동역학 시뮬레이션을 통해 얻어진 구조에서 단분자를 추출하여 제1원리에 입각한 양자화학적 특성을 B3LYP/6-31G(d) 또는 B3LYP/6-31G* 조건하에 계산하였으며, 이 과정에서 Gaussian과 Jaguar 패키지를 사용하였다.
이하에서, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 본 발명의 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 합성예 1]
화학식 1의 합성
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(final product)은 하기 반응식 1과 같이 합성되며 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, Hal은 I, Br 또는 Cl이다.
<반응식 1>
Figure 112021144871608-pat00214
{상기 반응식 1에서, R1, R2, R′, R″, Ra, Rb, m 및 n은 상기에서 정의된 바와 동일하다.}
Sub 1의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하기 표 1은 Sub 1에 속하는 일부 화합물의 FD-MS (Field Desorption-Mass Spectrometry) 값을 나타낸 것이다.
Figure 112021144871608-pat00215
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Figure 112021144871608-pat00220
Figure 112021144871608-pat00221
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
Sub 1-1 m/z=272.02(C15H13Br=273.17) Sub 1-2 m/z=272.02(C15H13Br=273.17)
Sub 1-3 m/z=272.02(C15H13Br=273.17) Sub 1-4 m/z=272.02(C15H13Br=273.17)
Sub 1-5 m/z=348.05(C21H17Br=349.27) Sub 1-6 m/z=348.05(C21H17Br=349.27)
Sub 1-7 m/z=348.05(C21H17Br=349.27) Sub 1-8 m/z=279.06(C15H6D7Br=280.22)
Sub 1-9 m/z=278.06(C15H7D6Br=279.21) Sub 1-10 m/z=276.05(C15H9D4Br=277.2)
Sub 1-11 m/z=374.07(C23H19Br=375.31) Sub 1-12 m/z=373.05(C22H16BrN=374.28)
Sub 1-13 m/z=514.13(C34H27Br=515.49) Sub 1-14 m/z=408.15(C25H29Br=409.41)
Sub 1-15 m/z=396.05(C25H17Br=397.32) Sub 1-16 m/z=396.05(C25H17Br=397.32)
Sub 1-17 m/z=396.05(C25H17Br=397.32) Sub 1-18 m/z=396.05(C25H17Br=397.32)
Sub 1-19 m/z=401.08(C25H12D5Br=402.35) Sub 1-20 m/z=340.08(C20H21Br=341.29)
Sub 1-21 m/z=352.08(C21H21Br=353.3) Sub 1-22 m/z=334.04(C20H15Br=335.24)
Sub 1-23 m/z=400.08(C25H13D4Br=401.34) Sub 1-24 m/z=512.11(C34H25Br=513.48)
Sub 1-25 m/z=554.16(C37H31Br=555.56) Sub 1-26 m/z=394.04(C25H15Br=395.3)
Sub 1-27 m/z=394.04(C25H15Br=395.3) Sub 1-28 m/z=394.04(C25H15Br=395.3)
Sub 1-29 m/z=394.04(C25H15Br=395.3) Sub 1-30 m/z=528.15(C35H29Br=529.52)
Sub 1-31 m/z=410.03(C25H15BrO=411.3) Sub 1-32 m/z=410.03(C25H15BrO=411.3)
Sub 1-33 m/z=410.03(C25H15BrO=411.3) Sub 1-34 m/z=410.03(C25H15BrO=411.3)
Sub 1-35 m/z=410.03(C25H15BrO=411.3) Sub 1-36 m/z=426.01(C25H15BrS=427.36)
Sub 1-37 m/z=426.01(C25H15BrS=427.36) Sub 1-38 m/z=426.01(C25H15BrS=427.36)
Sub 1-39 m/z=426.01(C25H15BrS=427.36)
II. Sub 2의 예시
반응식 1의 Sub 2는 하기 반응식 2와 같이 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반응식 2>
Figure 112021144871608-pat00222
상기 Sub 2-I는 하기 반응식 3에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반응식 3>
Figure 112021144871608-pat00223
1. Sub 2-1 합성예
Figure 112021144871608-pat00224
Figure 112021144871608-pat00225
(1) Sub 2-1-c 합성예시
Sub 2-1-a (35 g, 122.4 mmol)에 Sub 2-1-b (14.9 g, 122.4 mmol), Pd(PPh3)4 (0.05 당량), K2CO3 (3 당량), THF/H2O (408 ml/204 ml)을 넣고, 12시간 환류시킨다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고, THF를 제거한다. MC로 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column을 이용하여 분리하여 Sub 2-1-c 29.5 g을 얻었다. (수율 : 85.1%)
(2) Sub 2-I-1 합성예시
상기 합성예로 합성된 Sub 2-1-c (29.5 g, 104.2 mmol)에 Sub 2-1-d (16.3 g, 104.2 mmol), Pd(PPh3)4 (0.05 당량), K2CO3 (3 당량), THF/H2O (347 ml/174 ml)을 넣고 상기 합성법을 사용하여 Sub 2-I-1 26.7 g을 얻었다. (수율 : 81.4%)
(3) Sub 2-1 합성예시
Sub 2-I-1 (26.7 g, 84.8 mmol)을 toluene (869 ml)에 넣고 Sub 2-II-1 (15.1 g, 89.1 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량)을 첨가하고 100℃에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 2-1 31.2 g을 얻었다. (수율 : 82.3%)
2. Sub 2-4 합성예
Figure 112021144871608-pat00226
Sub 2-I-4 (25 g, 67 mmol)에 Sub 2-II-4 (15.4 g, 70.4 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (687 ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 Sub 2-4 30.1 g (수율: 80.7%)를 얻었다.
3. Sub 2-5 합성예
Figure 112021144871608-pat00227
Sub 2-I-5 (22 g, 68.8 mmol)에 Sub 2-II-5 (12.6 g, 72.2 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (705 ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 Sub 2-5 25.5 g (수율: 81%)를 얻었다.
4. Sub 2-19 합성예
Figure 112021144871608-pat00228
Sub 2-I-19 (23 g, 73.1 mmol)에 Sub 2-II-19 (20.6 g, 76.7 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (749 ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 Sub 2-19 32.2 g (수율: 80.5%)를 얻었다.
5. Sub 2-28 합성예
Figure 112021144871608-pat00229
Sub 2-I-28 (19 g, 51.5 mmol)에 Sub 2-II-28 (9.2 g, 54.1 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (528 ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 Sub 2-28 19.5 g (수율: 75.6%)를 얻었다.
6. Sub 2-34 합성예
Figure 112021144871608-pat00230
Sub 2-I-34 (20 g, 53.6 mmol)에 Sub 2-II-34 (9.5 g, 56.3 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (550 ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 Sub 2-34 19.3 g (수율: 71%)를 얻었다.
한편, Sub 2에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 하기 표 2는 Sub 2에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
Figure 112021144871608-pat00231
Figure 112021144871608-pat00232
Figure 112021144871608-pat00233
Figure 112021144871608-pat00234
Figure 112021144871608-pat00235
Figure 112021144871608-pat00236
Figure 112021144871608-pat00237
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
Sub 2-1 m/z=447.2(C34H25N=447.58) Sub 2-2 m/z=453.25(C34H31N=453.63)
Sub 2-3 m/z=501.25(C38H31N=501.67) Sub 2-4 m/z=555.29(C42H37N=555.77)
Sub 2-5 m/z=457.26(C34H15D10N=457.64) Sub 2-6 m/z=427.23(C32H29N=427.59)
Sub 2-7 m/z=523.23(C40H29N=523.68) Sub 2-8 m/z=427.23(C32H29N=427.59)
Sub 2-9 m/z=453.25(C34H31N=453.63) Sub 2-10 m/z=563.26(C43H33N=563.74)
Sub 2-11 m/z=465.25(C35H31N=465.64) Sub 2-12 m/z=397.18(C30H23N=397.52)
Sub 2-13 m/z=477.21(C35H27NO=477.61) Sub 2-14 m/z=451.18(C30H21N5=451.53)
Sub 2-15 m/z=553.19(C40H27NS=553.72) Sub 2-16 m/z=537.21(C40H27NO=537.66)
Sub 2-17 m/z=537.21(C40H27NO=537.66) Sub 2-18 m/z=553.19(C40H27NS=553.72)
Sub 2-19 m/z=547.23(C42H29N=547.7) Sub 2-20 m/z=547.23(C42H29N=547.7)
Sub 2-21 m/z=525.25(C40H31N=525.7) Sub 2-22 m/z=567.29(C43H37N=567.78)
Sub 2-23 m/z=537.15(C34H20F5N=537.53) Sub 2-24 m/z=527.26(C40H33N=527.71)
Sub 2-25 m/z=443.21(C31H29NSi=443.67) Sub 2-26 m/z=453.25(C34H31N=453.63)
Sub 2-27 m/z=563.26(C43H33N=563.74) Sub 2-28 m/z=501.25(C38H31N=501.67)
Sub 2-29 m/z=475.23(C36H29N=475.64) Sub 2-30 m/z=503.26(C38H33N=503.69)
Sub 2-31 m/z=467.22(C34H29NO=467.61) Sub 2-32 m/z=473.21(C36H27N=473.62)
Sub 2-33 m/z=473.21(C36H27N=473.62) Sub 2-34 m/z=505.28(C38H35N=505.71)
Sub 2-35 m/z=505.28(C38H35N=505.71)
II. Final products 합성 예시
1. P-2 합성예
Figure 112021144871608-pat00238
Sub 1-2 (30 g, 109.8 mmol)를 toluene (1126 ml)에 넣고 Sub 2-1 (51.6 g, 115.3 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량)을 첨가하고 100℃에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 P-2 59.7 g을 얻었다. (수율 : 85%)
2. P-6 합성예
Figure 112021144871608-pat00239
Sub 1-2 (21 g, 76.9 mmol)에 Sub 2-3 (40.5 g, 80.7 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (788 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-6 42.1 g (수율: 79%)를 얻었다.
3. P-18 합성예
Figure 112021144871608-pat00240
Sub 1-8 (25 g, 89.2 mmol)에 Sub 2-5 (42.9 g, 96.7 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (914 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-18 48.1 g (수율: 82%)를 얻었다.
4. P-23 합성예
Figure 112021144871608-pat00241
Sub 1-2 (15 g, 54.9 mmol)에 Sub 2-14 (26 g, 57.7 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (563 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-23 25.5 g (수율: 72%)를 얻었다.
5. P-26 합성예
Figure 112021144871608-pat00242
Sub 1-2 (17 g, 62.2 mmol)에 Sub 2-17 (35.1 g, 65.3 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (638 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-26 32.3 g (수율: 71%)를 얻었다.
6. P-29 합성예
Figure 112021144871608-pat00243
Sub 1-2 (20 g, 73.2 mmol)에 Sub 2-20 (42 g, 76.9 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (750 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-29 40.9 g (수율: 74%)를 얻었다.
7. P-44 합성예
Figure 112021144871608-pat00244
Sub 1-15 (19 g, 47.8 mmol)에 Sub 2-27 (28.3 g, 50.2 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (490 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-44 31 g (수율: 73.5%)를 얻었다.
8. P-56 합성예
Figure 112021144871608-pat00245
Sub 1-24 (13 g, 25.3 mmol)에 Sub 2-1 (12 g, 26.6 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (260 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-56 15.4 g (수율: 69%)를 얻었다.
9. P-61 합성예
Figure 112021144871608-pat00246
Sub 1-26 (16 g, 40.5 mmol)에 Sub 2-34 (21.5 g, 42.5 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (415 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-61 24 g (수율: 72.4%)를 얻었다.
10. P-64 합성예
Figure 112021144871608-pat00247
Sub 1-31 (18.5 g, 36.5 mmol)에 Sub 2-1 (17.1 g, 38.3 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (374 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-64 25.5 g (수율: 80%)를 얻었다.
11. P-69 합성예
Figure 112021144871608-pat00248
Sub 1-36 (11.5 g, 26.9 mmol)에 Sub 2-1 (12.7 g, 28.3 mmol), Pd2(dba)3 (0.03 당량), P(t-Bu)3 (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량), Toluene (276 ml)을 첨가하고 상기 P-2 합성법을 사용하여 생성물 P-69 14.6 g (수율: 68.5%)를 얻었다.
하기 표 3은 Final Product에 속하는 일부 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
P-1 m/z=639.29(C49H37N=639.84) P-2 m/z=639.29(C49H37N=639.84)
P-3 m/z=639.29(C49H37N=639.84) P-4 m/z=639.29(C49H37N=639.84)
P-5 m/z=645.34(C49H43N=645.89) P-6 m/z=693.34(C53H43N=693.93)
P-7 m/z=747.39(C57H49N=748.03) P-8 m/z=649.36(C49H27D10N=649.9)
P-9 m/z=619.32(C47H41N=619.85) P-10 m/z=715.32(C55H41N=715.94)
P-11 m/z=715.32(C55H41N=715.94) P-12 m/z=715.32(C55H41N=715.94)
P-13 m/z=715.32(C55H41N=715.94) P-14 m/z=619.32(C47H41N=619.85)
P-15 m/z=645.34(C49H43N=645.89) P-16 m/z=755.36(C58H45N=756.01)
P-17 m/z=657.34(C50H43N=657.9) P-18 m/z=656.4(C49H20D17N=656.95)
P-19 m/z=589.28(C45H35N=589.78) P-20 m/z=669.3(C50H39NO=669.87)
P-21 m/z=645.33(C49H31D6N=645.88) P-22 m/z=643.32(C49H33D4N=643.87)
P-23 m/z=643.27(C45H33N5=643.79) P-24 m/z=729.3(C55H39NO=729.92)
P-25 m/z=745.28(C55H39NS=745.98) P-26 m/z=729.3(C55H39NO=729.92)
P-27 m/z=729.3(C55H39NO=729.92) P-28 m/z=739.32(C57H41N=739.96)
P-29 m/z=739.32(C57H41N=739.96) P-30 m/z=717.34(C55H43N=717.96)
P-31 m/z=729.25(C49H32F5N=729.79) P-32 m/z=741.34(C57H43N=741.98)
P-33 m/z=741.34(C57H43N=741.98) P-34 m/z=740.32(C56H40N2=740.95)
P-35 m/z=881.4(C68H51N=882.16) P-36 m/z=855.48(C65H61N=856.21)
P-37 m/z=763.32(C59H41N=763.98) P-38 m/z=763.32(C59H41N=763.98)
P-39 m/z=813.34(C63H43N=814.04) P-40 m/z=763.32(C59H41N=763.98)
P-41 m/z=759.33(C56H45NSi=760.07) P-42 m/z=768.36(C59H36D5N=769.01)
P-43 m/z=769.37(C59H47N=770.03) P-44 m/z=879.39(C68H49N=880.15)
P-45 m/z=707.36(C54H45N=707.96) P-46 m/z=719.36(C55H45N=719.97)
P-47 m/z=755.36(C58H45N=756.01) P-48 m/z=729.34(C56H43N=729.97)
P-49 m/z=819.39(C63H49N=820.09) P-50 m/z=781.31(C59H40FN=781.97)
P-51 m/z=783.35(C59H45NO=784.02) P-52 m/z=863.36(C67H45N=864.1)
P-53 m/z=767.35(C59H37D4N=768.01) P-54 m/z=921.43(C71H55N=922.23)
P-55 m/z=789.34(C61H43N=790.02) P-56 m/z=879.39(C68H49N=880.15)
P-57 m/z=761.31(C59H39N=761.97) P-58 m/z=761.31(C59H39N=761.97)
P-59 m/z=761.31(C59H39N=761.97) P-60 m/z=761.31(C59H39N=761.97)
P-61 m/z=819.39(C63H49N=820.09) P-62 m/z=819.39(C63H49N=820.09)
P-63 m/z=895.42(C69H53N=896.19) P-64 m/z=873.43(C67H55N=874.18)
P-65 m/z=777.3(C59H39NO=777.97) P-66 m/z=777.3(C59H39NO=777.97)
P-67 m/z=777.3(C59H39NO=777.97) P-68 m/z=777.3(C59H39NO=777.97)
P-69 m/z=793.28(C59H39NS=794.03) P-70 m/z=793.28(C59H39NS=794.03)
P-71 m/z=793.28(C59H39NS=794.03) P-72 m/z=793.28(C59H39NS=794.03)
유기전기소자의 제조평가
[ 실시예 1] 녹색유기전계발광소자 ( 정공수송층 )
유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (이하, 2-TNATA로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 상에 화학식 1로 표시되는 본 발명의 화합물 P-1을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 정공수송층 상에 호스트로 4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl (이하, CBP로 약기함)을, 도펀트로 tris(2-phenylpyridine)-iridium (이하, Ir(ppy)3로 약기함)을 90:10 중량비로 사용하여 30 nm 두께의 발광층을 형성하였다.
이어서, 상기 발광층 상에 (1,1'-biphenyl-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum (이하, BAlq로 약기함)를 5 nm 두께로 증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약기함)을 40 nm 두께로 증착하여 전자수송층을 형성하였다.
이후, LiF를 0.2 nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[실시예 2] 내지 [실시예 18]
정공수송층 물질로 본 발명의 화합물 P-1 대신 하기 표 4에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[비교예 1]
정공수송층 물질로 N,N'-Bis(1-naphthalenyl)-N,N'-bis-phenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (이하 NPB로 약기함)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[비교예 2] 내지 [비교예 6]
정공수송층 물질로 하기 비교화합물 1 내지 비교화합물 5 중 하나를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
비교화합물 1 비교화합물 2 비교화합물 3
Figure 112021144871608-pat00249
비교화합물 4 비교화합물 5
Figure 112021144871608-pat00250
이와 같이 제조된 실시예 1 내지 실시예 18 및 비교예 1 내지 비교예 6의 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 5000cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표 4는 소자제작 및 평가한 결과를 나타낸다.
이하, 하기 화학식 1 구조를 참고하여 소자데이터와 본 발명 화합물의 골격 구성에 따른 진보성을 함께 설명하기로 한다.
화학식 1
Figure 112021144871608-pat00251
　 화합물 구동전압 전류
(mA/cm2)		 휘도
(cd/m2)		 효율
(cd/A)		 T(95) CIE
X Y
비교예(1) NPB 6.0 24.5 5000 20.4 58.9 0.31 0.61
비교예(2) 비교화합물 1 5.2 17.4 5000 28.8 85.0 0.32 0.61
비교예(3) 비교화합물 2 5.3 18.2 5000 27.5 80.9 0.32 0.61
비교예(4) 비교화합물 3 5.4 18.9 5000 26.4 80.3 0.32 0.60
비교예(5) 비교화합물 4 5.3 18.5 5000 27.1 81.8 0.32 0.60
비교예(6) 비교화합물 5 5.3 17.9 5000 28.0 82.6 0.32 0.60
실시예(1) P-1 5.1 11.7 5000 42.7 108.3 0.32 0.61
실시예(2) P-2 5.0 11.2 5000 44.8 110.4 0.32 0.61
실시예(3) P-3 5.1 11.9 5000 41.9 107.9 0.33 0.60
실시예(4) P-4 5.1 12.2 5000 41.0 107.2 0.33 0.61
실시예(5) P-7 5.2 13.8 5000 36.3 101.3 0.33 0.61
실시예(6) P-8 5.0 11.3 5000 44.1 109.5 0.33 0.60
실시예(7) P-11 5.2 13.6 5000 36.7 101.8 0.33 0.61
실시예(8) P-18 5.1 12.5 5000 40.0 106.4 0.33 0.61
실시예(9) P-21 5.0 11.5 5000 43.6 109.0 0.33 0.63
실시예(10) P-23 5.2 13.3 5000 37.5 102.7 0.33 0.62
실시예(11) P-28 5.1 12.9 5000 38.7 104.6 0.33 0.63
실시예(12) P-37 5.1 13.2 5000 37.9 103.3 0.33 0.62
실시예(13) P-56 5.2 14.9 5000 33.5 98.4 0.33 0.63
실시예(14) P-57 5.2 14.0 5000 35.6 100.5 0.33 0.62
실시예(15) P-61 5.2 15.1 5000 33.1 97.8 0.33 0.62
실시예(16) P-64 5.2 14.2 5000 35.2 100.1 0.33 0.63
실시예(17) P-66 5.2 14.5 5000 34.4 99.2 0.33 0.63
실시예(18) P-69 5.2 14.8 5000 33.8 98.9 0.33 0.62
상기 표 4로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 정공수송층 재료로 사용하여 녹색유기전기발광소자를 제작한 경우, 본 발명의 화합물과 기본 골격이 유사한 비교화합물 1 내지 비교화합물 6을 사용한 비교예들보다 유기전기소자의 구동전압, 발광 효율 및 수명을 개선시킬 수 있다. 즉, 정공수송층 물질로 주로 사용되는 NPB를 사용하여 제작된 비교예 1의 소자보다는 플루오렌일기 코어에 아민그룹이 치환되는 비교화합물 1 내지 비교화합물 5를 사용하여 제작된 비교예 2 내지 비교예 6의 소자의 전기적 특성이 개선되었으며, 비교예 1 내지 비교예 6에 비해 본 발명의 화학식 1에 따른 화합물을 정공수송층 재료로 사용한 경우 유기발광소자의 발광효율과 수명이 증가하고, 구동전압이 소폭 낮아지면서 소자의 전기적 특성이 더욱 개선되었다.
비교화합물 1 내지 비교화합물 5는 3차 아민 화합물에서 코어로 플루오렌일기가 치환되어 있다는 점에서 본 발명의 화합물과 동일하지만, 비교화합물 1 내지 비교화합물 5는 본 발명의 화학식 1의 구성 1 및 2와 구성이 동일하지 않거나, 구성 1 및 2를 기준으로 특정 치환위치에 R1 및 R2 치환기를 동시에 가지지 않는 점에 차이가 있다. 즉, 본 발명 실시예의 화합물들은 플루오렌일기와 모노아민 기본 골격에 아민기의 치환기로 구성 1 및 2를 제시하며, 구성 1 및 2 각각에서 R1, R2와 같이 특정 치환위치에 치환기를 갖는 화합물이다.
하기, 표 5는 화합물 구조가 유사한 본 발명의 화합물과 비교화합물 1 내지 비교화합물 5의 비결정질 고체상 분자의 양자역학적 삼중항 결합해리에너지(이하, T1-BDE)를 분자시뮬레이션을 이용하여 측정한 데이터이다.
T1-BDE (Kcal/mol)
P-1 17.698
P-37 17.630
P-57 18.362
비교화합물 1 9.043
비교화합물 2 10.284
비교화합물 3 14.187
비교화합물 4 14.725
비교화합물 5 13.939
상기 표 5로부터 비교화합물 1 내지 비교화합물 5보다 본 발명의 화합물 P-1, P-37 및 P-57의 T1-BDE 값이 상회하는 것을 확인할 수 있다. 유기전기소자에서는 박막의 결정화도가 낮을수록 비결정질 상태를 만들 수 있으며, 이러한 비결정질 상태는 등방성(isotropic)과 균등질(homogeneous) 특성을 통해 결정립의 경계(Grain Boundary)를 줄이고 전하와 정공의 이동도를 빨라지게 할 수 있다. 그러나 분자의 구조에 따라 동일한 비결정질 상태라 하더라도 비결정질 상태의 고체상 분자의 양자역학적 평균 결합해리에너지는 고체상일 때의 분자간 상호작용에 의해 차이가 날 수 있으며, 높은 값을 가질수록 화합물 자체의 안정성이 증가한다. 따라서, 본 발명의 화합물을 유기전기소자의 정공수송층으로 사용할 경우, 본 발명의 화합물과 기본골격이 유사한 비교화합물 1 내지 비교화합물 5를 사용한 비교예들보다 발광층에서 넘어오는 전자에 대한 안정성이 현저하게 증가하여 소자의 수명이 극대화된 것으로 판단된다.
또한, 하기 표 6 및 표 7로부터 동일 구성이더라도 본 발명의 화학식 1의 구성 1, 2에 해당하는 치환기의 한정사항에 따른 효과의 차이를 확인할 수 있다. 표 6은 본 발명 화합물 P-1과 비교화합물 1, 3 내지 5의 분자간 평균거리를 나타내는 표이며, 표 7은 본 발명 화합물 P-37과 비교화합물 2의 분자간 평균거리를 비교한 데이터이다.
분자간 평균거리 (Å)
P-1 9.956
비교화합물 1 10.359
비교화합물 3 9.965
비교화합물 4 10.476
비교화합물 5 10.352
분자간 평균거리 (Å)
P-37 10.507
비교화합물 2 10.553
상기 표 6을 보면, 본 발명의 화합물 P-1의 분자간 평균거리가 비교화합물 1, 3 내지 5의 분자간 평균거리보다 작은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 더욱이 화합물 P-1과 분자량이 동일한 비교화합물 3에 비해 분자간 평균거리가 9.956 Å으로 작은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 화학식 1에서 구성 1 및 2에 R1, R2가 각각 특정 위치에 치환됨으로써 비교화합물들보다 본 발명의 화합물이 비결정질 고체상 상태일 때 분자간 거리가 더욱 가깝고, 이에 전하의 이동이 상대적으로 빨라지게 되므로 소자 전체의 전하 균형(Charge balance)이 향상되어 소자의 효율 및 구동이 현저하게 개선된 것으로 판단된다. 상기와 마찬가지로 표 7을 보면, 본 발명 화합물 P-37의 분자간 평균거리가 비교화합물 2에 대해 작은 값을 내는 것을 확인할 수 있으며, 이에 상기 서술한 효과를 본 발명의 실시예 화합물을 통해 얻을 수 있다.
추가적으로, 하기 표 8은 본 발명 화합물 P-1 및 비교화합물 1의 HOMO dos w를 비교한 데이터이다.
HOMO dos w (eV)
P-1 0.172
비교화합물 1 0.119
상기 표 8을 보면, 본 발명 화합물 P-1의 HOMO dos w는 0.172 eV의 값을 나타내고, 비교화합물 1은 0.119 eV의 값을 나타내는데, 상기 값이 클수록 서로 다른 레이어 간의 전하 주입 특성이 향상되는 것을 의미한다. 이를 통해, 본 발명 화합물 P-1과 비교화합물 1의 화합물 골격이 매우 유사하고 분자량이 동일하더라도, 본 발명의 화학식 1과 같이 구성 1의 파라(Para) 위치에 R1이 치환되고 구성 2의 오르쏘(ortho) 위치에 R2가 치환되는 선택적 구조를 갖는 것이 소자의 성능을 보다 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 전술한 소자 제작의 평가 결과에서는 본 발명의 화합물을 정공수송층에만 적용한 소자 특성을 설명하였으나, 본 발명의 화합물을 발광보조층에 적용하거나 정공수송층과 발광보조층 모두 적용하여 사용할 수 있다. 단, 본 발명의 화합물의 바람직한 사용층은 정공수송층임을 소자결과를 통해 설명한 것이다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300 : 유기전기소자 110 : 제1 전극
120 : 정공주입층 130 : 정공수송층
140 : 발광층 150 : 전자수송층
160 : 전자주입층 170 : 제2 전극
180 : 광효율 개선층 210 : 버퍼층
220 : 발광보조층 320 : 제1 정공주입층
330 : 제1 정공수송층 340 : 제1 발광층
350 : 제1 전자수송층 360 : 제1 전하생성층
361 : 제2 전하생성층 420 : 제2 정공주입층
430 : 제2 정공수송층 440 : 제2 발광층
450 : 제2 전자수송층 CGL : 전하생성층
ST1 : 제1 스택 ST2 : 제2 스택

Claims (21)

  1. 하기 화학식 2로 표시되는 화합물
    화학식 2
    Figure 112022013410119-pat00252

    {상기 화학식 2에서,
    1) R1는 C6의 아릴기; 이고,
    2) R2는 C6~C25의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C30의 헤테로고리기; C3~C20의 지방족고리와 C6~C30의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C10의 알켄일기; 로 이루어진 군에서 선택되며,
    2) Ra 및 Rb는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소; 중수소; C6~C30의 아릴기; 이고,
    3) m은 0 내지 3의 정수이며, n은 0 내지 4의 정수이고,
    4) 여기서, 상기 아릴기, 헤테로고리기, 플루오렌일기, 지방족고리기, 융합고리기, 및 알켄일기는 각각 중수소; 할로겐; C6~C20의 아릴기; 및 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기; 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있다.}
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학식 2는 하기 화학식 8로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물
    화학식 8
    Figure 112021144871608-pat00253

    {상기 화학식 8에서, R1 및 R2는 상기 청구항 1에서 정의된 바와 동일하다.}
  4. 제3항에 있어서, 상기 R1 및 R2는 C6의 아릴기인 것을 특징으로 하는 화합물
  5. 제1항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 정공수송영역의 정공수송층(HTL)용인 것을 특징으로 하는 화합물
  6. 하기 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 화합물
    Figure 112022013410119-pat00254

    Figure 112022013410119-pat00441

    Figure 112022013410119-pat00442

    Figure 112022013410119-pat00443

    Figure 112022013410119-pat00444

    Figure 112022013410119-pat00445

    Figure 112022013410119-pat00446
    Figure 112022013410119-pat00447

    Figure 112022013410119-pat00448

  7. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서, 상기 유기물층은 제1항 또는 제6항에 따른 단독 또는 2 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  8. 제7항에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  9. 제7항에 있어서, 상기 유기물층은 정공수송층인 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  10. 제8항에 있어서, 상기 발광층은 하기 화학식 12 내지 화학식 14로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
    화학식 12 화학식 13
    Figure 112021144871608-pat00263
    Figure 112021144871608-pat00264

    화학식 14
    Figure 112021144871608-pat00265

    {상기 화학식 12 내지 화학식 14에서,
    1) X1, X2 및 X3은 서로 독립적으로 C(R3) 또는 N이며, 단, X1, X2 및 X3 중 적어도 2개는 N이고,
    2) R3은 수소; 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; 및 C6~C30의 아릴옥시기;로 이루어진 군에서 선택되며,
    3) Y 및 Y'은 서로 독립적으로 O, S, CReRf 또는 N-L'-Ar8이고,
    4) W는 O, N, S, CReRf 또는 N-L'-Ar8이며,
    5) 상기 Re 및 Rf는 서로 독립적으로 수소; 중수소; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; 및 C6~C30의 아릴옥시기;로 이루어진 군에서 선택되고, 또는 Re 및 Rf는 서로 결합하여 스파이로 고리를 형성할 수 있으며,
    6) L1, L2, L3, L4, L5, L6 및 상기 L'은 서로 독립적으로 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되고,
    7) Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7 및 상기 Ar8은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C60의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; 및 C6~C30의 아릴옥시기;로 이루어진 군에서 선택되며,
    8) A환, B환 및 C환은 서로 독립적으로 C6~C14의 아릴기;이고, 또는 A환, B환 및 C환은 R1로 치환될 수 있으며,
    9) E환, F환, G환 및 H환은 서로 독립적으로 C6~C20의 아릴기; 또는 C2~C20의 헤테로고리기;이고, 또는 E환, F환, G환 및 H환은 R2로 치환될 수 있으며,
    10) 상기 R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕시기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L"-N(Rm)(Rn);으로 이루어진 군에서 선택되고, 이웃한 기끼리 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    11) 상기 L"은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 Rm 및 Rn은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며,
    12) b 및 c는 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단, b+c≥1이며,
    13) 여기서, 상기 아릴기, 아릴렌기, 헤테로고리기, 플루오렌일기, 플루오렌일렌기, 지방족고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알콕실기 및 아릴옥시기는 각각 중수소; 할로겐; 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; C1~C20의 알킬싸이오기; C1~C20의 알콕시기; C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C6~C20의 아릴기; 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기; 플루오렌일기; C2~C20의 헤테로고리기; C3~C20의 시클로알킬기; C7~C20의 아릴알킬기; 및 C8~C20의 아릴알켄일기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있으며, 또한 이들 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있으며, 여기서 '고리'란 C3~C60의 지방족고리 또는 C6~C60의 방향족고리 또는 C2~C60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화 고리를 포함한다.}
  11. 제10항에 있어서, 상기 화학식 12가 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
    화학식 2-1 화학식 2-2 화학식 2-3
    Figure 112021144871608-pat00266

    {상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서,
    1) A환, C환, Y, Y', b, c, Ar3, L1 및 R1은 상기 청구항 10에 정의된 바와 동일하며,
    2) a는 0 내지 2의 정수이다.}
  12. 제10항에 있어서, 상기 화학식 12로 나타내는 화합물이 하기 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
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  13. 제10항에 있어서, 상기 화학식 13이 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전자소자
    화학식 3-1 화학식 3-2
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    화학식 3-3 화학식 3-4
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    화학식 3-5
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    {상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5에서, E환, F환, G환, H환, Ar4, Ar8, L2, L3, L', Re 및 Rf은 상기 청구항 10에서 정의한 바와 동일하다.}
  14. 제10항에 있어서, 상기 화학식 13으로 나타내는 화합물이 하기 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
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  15. 제10항에 있어서, 상기 화학식 14가 하기 화학식 4-1 내지 화학식 4-6 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
    화학식 4-1 화학식 4-2
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    화학식 4-3 화학식 4-4
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    화학식 4-5 화학식 4-6
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    {상기 화학식 4-1 내지 4-6에서,
    1) X21, X25 및 X27은 서로 독립적으로 NAr11, O, S 또는 C(R10)(R11)이며,
    2) X24, X26 및 X28은 서로 독립적으로 NAr12, O, S, C(R20)(R21) 또는 단일결합이고,
    3) 상기 Ar11 및 Ar12는 상기 청구항 10의 Ar3의 정의와 동일하며,
    4) a', d' 및 f'은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, b', c', e' 및 ta'은 서로 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
    5) L4, L5, L6, Ar6 및 Ar7은 상기 청구항 10에서 정의된 바와 동일하고,
    6) ta 및 tb는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, te는 0 내지 7의 정수이고, tf는 0 내지 5의 정수이며,
    7) R3, R4, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20 및 R21은 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C1~C20의 알킬기 또는 C6~C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 시아노기; 니트로기; C1~C20의 알콕시기; C6-C20의 아릴옥시기; C1~C20의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C6~C20의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C20의 헤테로고리기; 및 C3~C20의 지방족고리기;로 이루어진 군에서 선택되며, 또는 이웃한 기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 또는 인접한 치환기와 결합하여 고리를 형성할 수 있다.}
  16. 제10항에 있어서, 상기 화학식 14로 나타내는 화합물이 하기 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
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  17. 제7항에 있어서, 상기 양극과 음극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에 형성되는 광효율 개선층을 더 포함하는 유기전기소자
  18. 제7항에 있어서, 상기 유기물층은 양극 상에 순차적으로 형성된 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 스택을 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  19. 제18항에 있어서, 상기 유기물층은 상기 둘 이상의 스택 사이에 형성된 전하생성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자
  20. 제7항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자 장치
  21. 제20항에 있어서, 상기 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자 장치

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