KR101617443B1 - 프탈이미드 화합물을 사용하는 유기 전자 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프탈이미드 화합물을 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 프탈이미드 화합물은 HOMO-LUMO 간극이 크고, 삼중항 에너지가 높으며, 환원 전위가 크고, 및/또는 열 및 화학적 안정성이 큰 전자 수송체이다. 이와 같이, 이러한 프탈이미드 화합물은 OLED 및 태양 전지와 같은 임의의 다양한 유기 전자 소자 중 임의의 것에 사용하기에 적절하다. OLED에서, 프탈이미드 화합물은 발광층 내 호스트로서, 정공 차단 물질로서, 또는 전자 수송 물질과 같이 다양한 기능을 할 수 있다. 태양 전지에서, 프탈이미드 화합물은 여기자 차단 물질과 같이 다양한 기능을 할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적절할 수 있는 프탈이미드 화합물의 다양한 예가 개시된다.
Description
본 출원은 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 2006년 4월 13일 출원된 미국 가출원 제60/792,120호의 우선권을 청구한다.
본 발명은 미국 에너지부가 수여하는 계약 제DE-FG02-03ER83813호 하에서 미국 정부 지원으로 수행되었다. 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 갖는다.
본 발명은 대학 법인 공동 연구 협정에 대한 하기 당사자 중 1 이상에 의해, 이를 대신하여 및/또는 이와 함께 수행되었다: 프린스턴 유니버시티, 더 유니버시티 오브 써던 캘리포니아 및 더 유니버설 디스플레이 코포레이션. 본 발명이 수행되고 협정의 범위 내에서 착수된 활동의 결과로서 본 발명이 이루어진 일자 이전에 이 협정은 발효되었다.
본 발명은 유기 전자 소자에 관한 것이다.
유기 재료를 사용하는 광학 전자 소자가 다수의 이유로 점점 요구되고 있다. 이러한 소자의 제조에 사용되는 다수의 물질은 비교적 저렴해서, 유기 광학 전자 소자는 무기 소자에 비해 비용 이점에 대한 잠재력이 있다. 게다가, 가요성과 같은 유기 재료 본래의 특성으로 인해 플렉시블 기판 상에서의 제작과 같은 특정 용도에 잘 맞을 수 있다. 유기 광학 전자 소자의 예로는 유기 발광 소자(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기가 있다. OLED에 있어서, 유기 재료는 통상적인 재료에 대해 성능상 이점을 가질 수 있다. 예컨대, 유기 발광층(emissive layer)이 발광하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트를 이용하여 용이하게 조정할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바의 용어 "유기"는 중합체 재료 뿐 아니라, 유기 광 전자 소자의 제작에 사용될 수 있는 소분자 유기 재료도 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 재료를 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수 있다. 소분자는 특정 환경에서 반복 단위를 포함할 수 있다. 예컨대, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하면 "소분자" 부류로부터 분자가 제거되지 않는다. 소분자는 또한 예컨대 중합체 주쇄 상의 펜던트 기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어부 상에 있는 일련의 화학적 쉘을 구성하는 덴드리머의 코어부로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어부는 형광성 또는 인광성 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 여겨진다. 일반적으로, 소분자는 하나의 분자량을 갖는 잘 정의된 화학식을 갖는 반면, 중합체는 분자에 따라 달라질 수 있는 화학식 및 분자량을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바의 "유기"는 히드로카르빌 및 헤테로 원자로 치환된 히드로카르빌 리간드의 금속 착체를 포함한다.
OLED는 전압이 소자 전체에 인가될 때 발광하는 유기 박막을 이용한다. OLED는 평면 디스플레이, 조명 및 역광 조명과 같은 용도에 사용하기 위한 점점 흥미로 운 기술이 되고 있다. 몇 개의 OLED 재료 및 구성이 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 개시되어 있다.
OLED 소자는 일반적으로(그러나 항상 그런 것은 아님) 1 이상의 전극을 통해 발광하도록 되어 있으며, 1 이상의 투명 전극이 유기 광학 전자 소자에 유용할 수 있다. 예컨대, 산화인듐주석(ITO)과 같은 투명 전극 물질을 하부 전극으로서 사용할 수 있다. 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에 개시된 것과 같은 투명 상부 전극도 사용할 수 있다. 하부 전극을 통해서만 발광하도록 된 소자에 있어서, 상부 전극은 투명할 필요가 없으며, 전기 전도율이 높은 두꺼운 반사성 금속층으로 구성될 수 있다. 유사하게, 상부 전극을 통해서만 발광하도록 된 소자에 있어서, 하부 전극은 불투명하고 및/또는 반사성일 수 있다. 전극이 투명할 필요가 없는 경우, 더 두꺼운 층을 사용하면 더 양호한 전도율을 제공할 수 있으며, 반사 전극을 사용하면 투명 전극을 향해 역광을 반사함으로써 다른 전극을 통한 발광량을 증가시킬 수 있다. 양쪽 전극이 투명한 완전 투명 소자도 제조할 수 있다. 측면 방출 OLED도 제작할 수 있으며, 이러한 소자에서는 하나 또는 양쪽 전극이 불투명하거나 또는 반사성일 수 있다.
본 명세서에 사용된 바의 "상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 곳을 의미하는 반면, "하부"는 기판으로부터 가장 가까운 곳을 의미한다. 예컨대, 2개의 전극을 갖는 소자에 있어서, 하부 전극은 기판으로부터 가장 가까운 전극이며, 일반적으로 제1 제작 전극이다. 하부 전극은 기판으로부터 가장 가까운 하부 표면 및 기판으로부터 멀리 떨어진 상부 표면의 2개의 표면을 갖는다. 제1 층이 제2 층 "상에 배치"된다고 기재하는 경우, 제1 층은 기판으로부터 가장 멀리 떨어져 배치된다. 제1 층이 제2 층과 "물리적으로 접촉"되어 있다고 명시하지 않으면, 제1 및 제2 층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예컨대, 캐소드와 애노드 사이에 다양한 유기층이 존재할지라도, 캐소드는 "애노드" 상에 배치된다고 기재할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바의 "용액 가공성(solution processible)"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매질로부터 용해, 분산 또는 수송 및/또는 증착될 수 있음을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 그리고 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같이, 제1 에너지 수준이 진공 에너지 수준에 더 가까운 경우, 제1 "최고 점유 분자 궤도 함수"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도 함수"(LUMO) 에너지 수준은 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 수준보다 "크거나" 또는 "높다". 이온화 전위(IP)를 진공 수준에 대해 음에너지로서 측정하기 때문에, 더 높은 HOMO 에너지 수준은 더 작은 절대 값을 갖는 IP(덜 음인 IP)에 해당한다. 유사하게, 더 높은 LUMO 에너지 수준은 더 작은 절대 값을 갖는 전자 친화도(EA)(덜 음인 EA)에 해당한다. 통상적인 에너지 수준 도식 상에서, 진공 수준이 상부에 있으면, 물질의 LUMO 에너지 수준은 동일한 물질의 HOMO 에너지 수준보다 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 수준은 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 수준보다는 이러한 도식의 상부에 더 가까운 것으로 보인다.
개요
일구체예에서, 본 발명은 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치되고, 하기 화학식의 프탈이미드 화합물을 포함하는 유기층을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다:
상기 화학식에서, R1은 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, R은 페닐기 또는 프탈이미드 함유 기이다.
다른 구체예에서, 본 발명은 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치되고, 하기 화학식의 프탈이미드 화합물을 포함하는 유기층을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다:
상기 화학식에서, RA는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, RB는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, L은 6원 고리 또는 2개의 프탈이미드기 사이의 직접 결합이다.
도 1은 개별적인 전자 수송층, 정공 수송층 및 발광층 뿐 아니라 다른 층도 갖는 유기 발광 소자를 도시한다.
도 2는 개별적인 전자 수송층을 갖지 않는 반전 유기 발광 소자를 도시한다.
도 3은 소자 A1-A3에 대한 양자 효율 대 전류 밀도의 플롯을 도시한다.
도 4는 소자 A1-A3에 대한 휘도 대 전압의 플롯을 도시한다.
도 5는 소자 A1-A3에 대한 전류 밀도 대 전압의 플롯을 도시한다.
도 6은 소자 A1-A3에 대한 전자 발광 스펙트럼을 도시한다.
도 7은 소자 B1-B4에 대한 양자 수율 대 전류 밀도의 플롯을 도시한다.
도 8은 소자 B1-B4에 대한 휘도 대 전압의 플롯을 도시한다.
도 9는 소자 B1-B4에 대한 전류 밀도 대 전압의 플롯을 도시한다.
도 10은 소자 B1-B4에 대한 전자 발광 스펙트럼을 도시한다.
도 11은 소자 C1-C4에 대한 양자 수율 대 전류 밀도의 플롯을 도시한다.
도 12는 소자 C1-C4에 대한 전자 발광 스펙트럼을 도시한다.
상세한 설명
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되며 이들과 전기 접속된 1 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가될 때, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고, 캐소드는 유기층(들)에 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향해 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자에 편재되어 있을 때, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재된 전자-정공 쌍인 "여기자"가 형성된다. 여기자가 광전 기전을 거쳐 이완될 때 빛이 방출된다. 일부 경우에서, 여기자는 엑시머 또는 들뜬 복합체 상에 편재화될 수 있다. 열 이완과 같은 비방사 기전도 일어날 수 있지만, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 여겨진다.
초기 OLED는 예컨대 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같이 단일항 상태로부터 발광("형광")하는 방출 분자를 사용했다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 간격으로 일어난다.
더욱 최근에는, 삼중항 상태로부터 발광("인광")하는 발광 물질(emissive material)을 갖는 OLED가 증명되었다. 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 문헌들[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I") 및 Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 1, 4-6 (1999) ("Baldo-H")] 참조. 전이는 스핀 상태에서 변화를 필요로 하기 때문에, 인광을 "금지된" 전이라고 지칭할 수 있으며, 양자 역학은 이러한 전이가 바람직하지 않다고 시사한다. 그 결과, 인광은 일반적으로 적어도 10 나노초를 초과하는 시간 간격으 로, 통상적으로는 100 나노초보다 큰 시간 간격으로 일어난다. 인광의 자연 방사 수명이 너무 긴 경우, 삼중항이 비방사 기전에 의해 붕괴될 수 있어서 발광하지 않는다. 유기 인광도 종종 매우 낮은 온도에서 비공유 전자쌍을 갖는 헤테로 원자를 함유하는 분자에서 관찰된다. 2,2'-비피리딘은 이러한 분자이다. 비방사 붕괴 기전은 통상적으로 온도 의존적이어서, 액상 질소 온도에서 인광을 나타내는 유기 재료는 통상적으로 실온에서는 인광을 나타내지 않는다. 그러나, Baldo에 의해 증명된 바와 같이, 이 문제는 실온에서 인광을 발하지 않는 인광성 화합물을 선택함으로써 해결될 수 있다. 대표적인 발광층은 미국 특허 제6,303,238호 및 제6,310,360호; 미국 특허 출원 공개 제2002-0034656호; 제2002-0182441호; 제2003-0072964호; 및 WO-02/074015에 개시된 바와 같은 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 인광성 유기 금속 물질을 포함한다.
일반적으로, OLED 내 여기자는 약 3:1의 비율로, 즉 약 75%의 삼중항 및 25%의 단일항으로 생성된다고 여겨진다. 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 문헌[Adachi et al., "Nearly 100% Internal Phosphorescent Efficiency In An Organic Light Emitting Device," J. Appl. Phys., 90, 5048 (2001)] 참조. 다수의 경우, 단일항 여기자는 "계간 교차(intersystem crossing)"를 통해 이의 에너지를 삼중항 여기 상태로 용이하게 전달할 수 있는 반면, 삼중항 여기자는 이의 에너지를 단일항 여기 상태로 용이하게 전달할 수 없다. 그 결과, 인광성 OLED를 사용한 100% 내부 양자 효율이 이론적으로 가능하다. 형광 소자에서, 삼중항 여기자의 에너지는 일반적으로 소자를 가열하는 무방사 붕괴 공정에서 손실되어 내부 양자 효 율이 훨씬 더 낮아진다. 삼중항 여기 상태로부터 방출되는 인광성 물질을 사용하는 OLED가 예컨대 본 명세서에서 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제6,303,238호에 개시되어 있다.
인광은 삼중항 여기 상태로부터 방출 붕괴가 일어나는 중간 비삼중항 상태로의 전이에 의해 진행될 수 있다. 예컨대, 란탄족 원소에 배위된 유기 분자는 종종 란탄족 금속 위에 편재된 여기 상태로부터 인광을 발한다. 그러나, 이러한 물질은 삼중항 여기 상태로부터 직접 인광을 발하지 않고, 대신 란탄족 금속 이온 중심에 있는 원자 여기 상태로부터 방출한다. 유로퓸 디케토네이트 착체는 이러한 유형의 화학종의 일군이다.
원자 수가 높은 원자에 매우 근접한 유기 분자를 한정함으로써, 바람직하게는 결합을 통해 한정함으로써, 삼중항으로부터의 인광을 형광에 비해 강화시킬 수 있다. 중원자 효과라고도 불리우는 이 현상은 스핀 궤도 함수 커플링으로서 공지된 기전에 의해 생긴다. 이러한 인광성 전이는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)과 같은 유기 금속 분자의 여기된 금속 대 리간드 전하 전달(excited metal-to-1igand charge transfer, MLCT) 상태로부터 관찰될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바의 용어 "삼중항 에너지"는 소정 물질의 인광 스펙트럼에서 발견할 수 있는 최고 에너지 특징부에 해당하는 에너지를 지칭한다. 최고 에너지 특징부는 반드시 인광 스펙트럼에서 세기가 가장 큰 피크일 필요는 없으며, 예컨대 이러한 피크의 에너지가 높은 측 위의 명확한 숄더(shoulder)의 국소적인 최대부일 수 있다.
도 1은 유기 발광 소자(100)를 도시한다. 도면은 반드시 비례하여 도시된 것은 아니다. 소자(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155) 및 캐소드(160)를 포함한다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 복합 캐소드이다. 소자(100)는 설명한 층을 순서대로 증착시켜 제작할 수 있다.
기판(110)은 소정의 구조적 특성을 제공하는 임의의 적절한 기판일 수 있다. 기판(110)은 가요성 또는 강성일 수 있다. 기판(110)은 투명, 반투명 또는 불투명일 수 있다. 플라스틱 및 유리는 바람직한 강성 기판 재료의 예이다. 플라스틱 및 금속 호일은 바람직한 플렉시블 기판 재료의 예이다. 기판(110)은 회로의 제작을 촉진하기 위해 반도체 재료일 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 이어서 기판 상에 증착된 OLED를 제어할 수 있는 회로가 제작되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 기판(110)의 재료 및 두께는 바람직한 구조적 및 광학적 특성을 얻기 위해 선택할 수 있다.
애노드(115)는 정공을 유기층에 수송하기 위해 충분히 전도성이 있는 임의의 적절한 애노드일 수 있다. 애노드(115)의 재료는 바람직하게는 약 4 eV보다 높은 일함수를 갖는다("높은 일함수 재료"). 바람직한 애노드 재료는 금속 및 산화인듐주석(ITO) 및 산화인듐아연(IZO), 산화알루미늄아연(AlZnO)과 같은 전도성 금속 산화물을 포함한다. 애노드(115)[및 기판(110)]는 하부 방출 소자를 제조하기 위해 충분히 투명할 수 있다. 바람직한 투명 기판 및 애노드 조합물은 유리 또는 플라스틱(기판) 상에 증착된 상업적으로 구입 가능한 ITO(애노드)이다. 가요성 및 투명성 기판-애노드 조합물은 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제5,844,363호 및 제6,602,540호 B2에 개시되어 있다. 애노드(115)는 불투명하고 및/또는 반사성일 수 있다. 소자 상부로부터의 발광량을 증가시키기 위해, 일부 상부 방출 소자에 대해 반사성 애노드(115)가 바람직할 수 있다. 애노드(115)의 재료 및 두께는 소정의 전도 및 광학 특성을 얻기 위해 선택할 수 있다. 애노드(115)가 투명할 경우, 소정의 전도율을 제공하기에는 충분히 두껍지만, 소정의 투명도를 제공하기에는 충분히 얇은, 특정 재료에 대한 두께 범위가 존재할 수 있다. 다른 애노드 재료 및 구조를 사용할 수 있다.
정공 수송층(125)은 정공을 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 정공 수송층(130)은 고유하거나(도핑되지 않거나) 또는 도핑될 수 있다. 전도율의 강화에 도핑을 이용할 수 있다. α-NPD 및 TPD는 고유 정공 수송층의 예이다. p-도핑된 정공 수송층의 예는 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Forrest 등의 미국 특허 출원 공개 제2003-0230980호에 개시된 바와 같은, 50:1의 몰 비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이다. 다른 정공 수송층을 사용할 수 있다.
발광층(135)은 전류가 애노드(115)와 캐소드(160) 사이를 통과할 때 발광할 수 있는 유기 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 발광층(135)은 인광성 발광 물질을 함유하지만, 형광성 발광 물질도 사용할 수 있다. 인광성 물질이 이러한 재료와 관련된 발광 효율이 높기 때문에 바람직하다. 발광층(135)은 또한 전자 및/또는 정공을 수송할 수 있고, 전자, 정공 및/또는 여기자를 포획할 수 있는 발광 물 질로 도핑된 호스트 물질(host material)을 포함할 수 있는데, 이러한 여기자는 광전 기전을 통해 발광 물질로부터 이완된다. 발광층(135)은 수송 및 방출 특성을 조합하는 단일 물질을 포함할 수 있다. 발광 물질이 도펀트 또는 주요 성분인지에 따라, 발광층(135)은 발광 물질의 방출을 조정하는 도펀트와 같은 다른 물질을 포함할 수 있다. 발광층(135)은 또한 소정 스펙트럼의 빛을 방출할 수 있는 다수의 발광 물질을 포함할 수 있다. 인광성 발광 물질의 예로는 Ir(ppy)3이 있다. 형광성 발광 물질의 예로는 DCM 및 DMQA가 있다. 호스트 물질의 예로는 Alq3, CBP 및 mCP가 있다. 방출 및 호스트 물질의 예는 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Thompson 등의 미국 특허 제6,303,238호에 개시되어 있다. 발광 물질이 여러 가지 방법으로 발광층(135)에 포함될 수 있다. 예컨대, 발광 소분자가 중합체에 혼입될 수 있다. 이는 개별적인 별개의 분자 화학종으로서 소분자를 중합체에 도핑함으로써, 또는 소분자를 중합체의 주쇄에 혼입하여 공중합체를 형성시킴으로써, 또는 중합체 상에 펜던트 기로서 소분자를 결합시킴으로써, 여러 가지 방법으로 달성될 수 있다. 다른 발광층 재료 및 구조를 사용할 수 있다. 예컨대, 소분자 발광 물질이 덴드리머의 코어로서 존재할 수 있다.
다수의 유용한 발광 물질은 금속 중심에 결합된 1 이상의 리간드를 포함한다. 리간드가 유기 금속 발광 물질의 광활성 특성에 직접 기여하는 경우, 이를 "광활성체"로서 지칭할 수 있다. "광활성" 리간드는 금속과 함께 광자가 방출될 때 전자가 이것으로부터 그리고 이것으로 이동하는 에너지 수준을 제공할 수 있다. 다른 리간드를 "보조체"로서 지칭할 수 있다. 보조 리간드는 예컨대 광활성 리간드의 에너지 수준을 전이시켜 분자의 광활성 특성을 변경할 수 있지만, 보조 리간드는 발광에 관여하는 에너지 수준을 직접 제공하지는 않는다. 하나의 분자에서 광활성을 갖는 리간드는 다른 분자에서 보조체일 수 있다. 광활성체 및 보조체의 이러한 정의는 비한정적인 이론이기를 의도한다.
전자 수송층(145)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함한다. 전자 수송층(145)은 고유하거나(도핑되지 않거나) 또는 도핑될 수 있다. 전도율의 강화에 도핑을 이용할 수 있다. Alq3은 고유 전자 수송층의 예이다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Forrest 등의 미국 특허 출원 공개 제2003-0230980호에 개시된 바와 같은, 1:1의 몰 비로 Li로 도핑된 BPhen이다. 다른 전자 수송층을 사용할 수 있다.
전자를 캐소드로부터 전자 수송층의 LUMO(최저 비점유 분자 궤도 함수) 에너지 수준으로 효율적으로 주입하기 위해 전자 수송층의 전하 운반 성분을 선택할 수 있다. "전하 운반 성분"은 실제로 전하를 수송하는 LUMO 에너지 수준을 책임지는 물질이다. 이 성분은 모물질일 수 있거나, 또는 도펀트일 수 있다. 유기 재료의 LUMO 에너지 수준은 일반적으로 그 물질의 전자 친화도에 특징이 있을 수 있으며, 캐소드의 상대적인 전자 주입 효율은 일반적으로 캐소드 물질의 일함수에 특징이 있을 수 있다. 이는 전자 수송층 및 인접 캐소드의 바람직한 특성이 ETL의 전하 운반 성분의 전자 친화도 및 캐소드 물질의 일함수로 특정될 수 있음을 의미한다. 특 히, 높은 전자 주입 효율을 달성하기 위해, 캐소드 물질의 일함수는 바람직하게는 전자 수송층의 전하 운반 성분의 전자 친화도보다 약 0.75 e 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.5 eV 이상 크지 않아야 한다. 유사한 고려가 전자가 주입되는 임의의 층에 적용된다.
캐소드(160)는 당업계에 공지된 임의의 적절한 물질 또는 물질의 조합일 수 있으며, 이러한 캐소드(160)는 소자(100)의 유기층에 전자를 주입하고 전자를 전도할 수 있다. 캐소드(160)는 투명 또는 불투명일 수 있으며, 반사성일 수 있다. 금속 및 금속 산화물은 적절한 캐소드 물질의 예이다. 캐소드(160)는 단일 층일 수 있거나, 또는 복합 구조를 가질 수 있다. 도 1은 얇은 금속층(162) 및 두꺼운 금속 산화물층(164)을 갖는 복합 캐소드(160)를 도시한다. 복합 캐소드에서, 두꺼운 전도층(164)에 대한 바람직한 재료는 ITO, IZO 및 당업계에 공지된 다른 재료이다. 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제5,703,436호, 제5,707,745호, 제6,548,956호 B2 및 제6,576,134호 B2는 투명하고 전기 전도성이 있으며 스퍼터가 증착된 ITO 층이 위에 있는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 복합 캐소드를 비롯한 캐소드의 예를 개시한다. 단일 층 캐소드(160)인지에 따라 아래에 있는 유기층과 접촉하고 있는 캐소드(160)의 일부, 복합 캐소드의 얇은 금속층(162) 또는 일부 다른 부분은 바람직하게는 일함수가 약 4 eV보다 낮은 물질("낮은 일함수 재료")로 제조된다. 다른 캐소드 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
차단층을 발광층에서 나오는 여기자 및/또는 전하 운반체(전자 또는 정공)의 수를 감소시키는 데에 사용할 수 있다. 정공 수송층(125)의 방향으로 전자가 발광 층(135)으로부터 나오는 것을 차단하기 위해, 발광층(135)과 정공 수송층(125) 사이에 전자 차단층(130)이 배치될 수 있다. 유사하게, 전자 수송층(145)의 방향으로 정공이 발광층(135)으로부터 나오는 것을 차단하기 위해, 발광층(135)과 전자 수송층(145) 사이에 정공 차단층(140)이 배치될 수 있다. 차단층은 또한 여기자가 발광층으로부터 확산되는 것을 차단하는 데에 사용될 수 있다. 차단층의 이론 및 용도는 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Forrest 등의 미국 특허 제6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 제2003-0230980호에 상세하게 개시되어 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 그리고 당업자가 이해하는 바와 같이, 용어 "차단층"은 소자 전체에의 전하 운반체 및/또는 여기자의 수송을 상당히 방해하는 장벽을 제공하는 층을 의미하는데, 층은 반드시 전하 운반체 및/또는 여기자를 완전히 차단함을 시사하지는 않는다. 이러한 차단층이 소자 내에 존재하면 유사한 차단층 부족 소자에 비해 실질적으로 효율이 더 높아질 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 소정 영역으로의 방출을 한정하는 데에 사용될 수 있다.
일반적으로, 주입층은 전극 또는 유기층과 같은 하나의 층으로부터 인접 유기층으로의 전하 운반체의 주입을 개선시킬 수 있는 물질로 구성된다. 주입층은 또한 전하 수송 기능을 수행할 수 있다. 소자(100)에서, 정공 주입층(120)은 애노드(115)로부터 정공 수송층(125)으로의 정공의 주입을 개선시키는 임의의 층일 수 있다. CuPc는 ITO 애노드(115) 및 애노드로부터의 정공 주입층으로서 사용될 수 있는 물질의 예이다. 소자(100)에서, 전자 주입층(150)은 전자 수송층(145)으로의 전자의 주입을 개선시키는 임의의 층일 수 있다. LiF/Al은 인접 층으로부터 전자 수 송층으로의 전자 주입층으로서 사용될 수 있는 물질의 예이다. 다른 물질 또는 물질의 조합을 주입층에 사용할 수 있다. 특정 소자의 구성에 따라, 주입층을 소자(100)에 도시된 것과는 상이한 위치에 배치할 수 있다. 주입층의 추가의 예가 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Lu 등의 미국 특허 출원 제09/931,948호에 제공되어 있다. 정공 주입층은 스핀 코팅된 중합체, 예컨대 PEDOT:PSS와 같은 용액 증착된 물질을 포함할 수 있거나, 또는 증기 증착된 소분자 물질, 예컨대 CuPc 또는 MTDATA일 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 애노드 표면을 평탄화 또는 습윤시켜 애노드로부터 정공 주입 물질로의 효율적인 정공 주입을 제공할 수 있다. 정공 주입층은 또한 HIL의 한 면 상의 인접 애노드층 및 HIL의 반대 면 상의 정공 수송층과 유리하게 잘 맞는, 본 명세서에서 설명한 상대 이온화 전위(IP) 에너지로 정의되는 바의 HOMO(최고 점유 분자 궤도 함수)를 갖는 전하 운반 성분을 가질 수 있다. "전하 운반 성분"은 실질적으로 정공을 수송하는 HOMO 에너지 수준을 책임지는 물질이다. 이 성분은 HIL의 모물질일 수 있거나, 또는 도펀트일 수 있다. 도핑된 HIL을 사용하면 이의 전기적 특성을 위해 도펀트를 선택 가능하고, 습윤성, 가요성, 인성 등과 같은 형태적 특성을 위해 호스트를 선택 가능하다. HIL 물질에 대한 바람직한 특성은, 정공이 애노드로부터 HIL 물질로 효율적으로 주입될 수 있는 그러한 특성이다. 특히, HIL의 전하 운반 성분은 바람직하게는 애노드 물질의 IP보다 약 0.7 eV 이상 크지 않은 IP를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 전하 운반 성분은 애노드 물질보다 약 0.5 eV 이상 크지 않은 IP를 갖는다. 유사한 고려가 정공이 주입되는 임의의 층에 적용된다. 이러한 HIL 물질이 실질적으로 통상적인 정공 수송 물질의 정공 전도율보다 낮은 정공 전도율을 가질 수 있는, OLED의 정공 수송층에 통상적으로 사용되는 통상적인 정공 수송 물질과 HIL 물질은 더 구별된다. 본 발명의 HIL의 두께는 애노드 층을 평탄화 또는 습윤시키는 것을 돕기 위해 충분히 두꺼울 수 있다. 예컨대, 매우 매끈한 애노드 표면에 10 ㎚만큼 얇은 HIL 두께가 허용 가능할 수 있다. 그러나, 애노드 표면은 매우 거친 경향이 있기 때문에, 일부 경우에서 50 ㎚ 이하의 HIL 두께가 바람직할 수 있다.
보호층은 후속 제작 공정 동안 아래에 있는 층을 보호하는 데에 이용될 수 있다. 예컨대, 금속 또는 금속 산화물 상부 전극의 제작에 이용되는 공정은 유기층을 손상시킬 수 있으며, 보호층을 이러한 손상의 감소 또는 제거에 이용할 수 있다. 소자(100)에서, 보호층(155)은 캐소드(160)의 제조 동안 아래에 있는 유기층에 대한 손상을 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 보호층은 이것이 수송하는 유형의 운반체[소자(100) 내 전자]에 대한 운반체 이동성이 높아서, 소자(100)의 작동 전압을 상당히 증가시키지 않는다. CuPc, BCP 및 다양한 금속 프탈로시아닌은 보호층에 사용할 수 있는 물질의 예이다. 다른 물질 또는 물질의 조합을 사용할 수 있다. 보호층(155)의 두께는 바람직하게는 유기 보호층(160)을 증착시킨 후 일어나는 제작 공정으로 인해 아래에 있는 층을 거의 손상시키지 않거나 손상시키지 않기 위해 충분히 두껍지만, 소자(100)의 작동 전압을 상당히 증가시키기 위해 그렇게 두껍지는 않다. 보호층(155)은 전도율을 증가시키기 위해 도핑될 수 있다. 예컨대, CuPc 또는 BCP 보호층(160)은 Li로 도핑될 수 있다. 보호층에 대한 더욱 상세한 설명은 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Lu 등의 미국 특허 출원 제09/931,948호에서 찾을 수 있다.
도 2는 반전 OLED(200)를 도시한다. 소자는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 소자(200)는 설명한 층을 순서대로 증착시켜 제작할 수 있다. 가장 일반적인 OLED 구성은 캐소드가 애노드 위에 배치되고 소자(200)는 애노드(230) 아래에 배치된 캐소드(215)를 갖기 때문에, 소자(200)를 "반전" OLED로서 지칭할 수 있다. 소자(100)에 대해 설명한 것과 유사한 물질을 소자(200)의 해당 층에 사용할 수 있다. 도 2는 소자(100)의 구조에서 일부 층이 생략될 수 있는 방법의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 간단한 층상 구조체를 비제한적인 예로서 제공하며, 본 발명의 구체예는 매우 다양한 다른 구조체와 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 설명한 특정 재료 및 구조는 사실상 예시적인 것으로서, 다른 재료 및 구조를 사용할 수 있다. 기능적인 OLED는 상이한 방식으로 설명한 다양한 층을 조합하여 달성할 수 있거나, 또는 설계, 성능 및 비용 인자에 기초하여 완전히 생략할 수 있다. 특정 설명하지 않은 다른 층도 포함될 수 있다. 특정 설명하지 않은 것 외의 물질을 사용할 수 있다. 본 명세서에 제공된 다수의 예는 단일 물질을 포함하는 다양한 층을 설명하지만, 호스트 및 도펀트의 혼합물과 같은 물질의 조합 또는 더욱 일반적으로는 혼합물을 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 층은 다양한 부층(sublayer)을 가질 수 있다. 본 명세서에서 다양한 층에 부여한 명칭은 엄격하게 한정하고자 하는 것이 아니다. 예컨대, 소자(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 발광층(220)에 주입하므로, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로 기재할 수 있다. 일구체예에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재할 수 있다. 이 유기층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는 예컨대 도 1 및 2에 대해 설명한 바와 같은 상이한 유기 재료의 다수 층을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Friend 등의 미국 특허 제5,247,190호에 개시된 바와 같은 중합체 재료로 구성된 OLED(PLED)와 같은, 특정 설명하지 않은 구조 및 재료도 사용할 수 있다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. 예컨대 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Forrest 등의 미국 특허 제5,707,745호에 개시된 바와 같이 OLED를 적층할 수있다. OLED 구조는 도 1 및 2에 도시된 바와 같은 단순 층상 구조가 아닐 수 있다. 예컨대, 기판은 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Forrest 등의 미국 특허 제6,091,195호에 개시된 바와 같은 메사 구조, 및/또는 Bulovic 등의 미국 특허 제5,834,893호에 개시된 바와 같은 핏 구조와 같이 아웃커플링(out-coupling)을 개선시키기 위해 각진 반사성 표면을 포함할 수 있다.
달리 명시하지 않는 한, 다양한 구체예의 층 중 임의의 것은 임의의 적절한 방법에 의해 증착시킬 수 있다. 유기층에 대해, 바람직한 방법은 열 증발, 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호에 개시된 바와 같은 잉크젯, 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 Forrest 등의 미국 특허 제6,337,102호에 개시된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD), 및 본 명세서 에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 출원 제10/233,470호에 개시된 바와 같은 유기 증기 제트 인쇄(OVJP)에 의한 증착을 포함한다. 다른 적절한 증착 방법은 스핀 코팅 및 다른 용액 기초 공정을 포함한다. 용액 기초 공정은 바람직하게는 질소 또는 불활성 분위기에서 수행한다. 다른 층에 대해, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패터닝 방법은 마스크를 통한 증착, 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호에 개시된 바와 같은 냉간 압접, 및 잉크젯 및 OVJP와 같은 증착 방법 중 일부와 관련된 패터닝을 포함한다. 다른 방법도 이용할 수 있다. 증착시킬 물질을 특정 증착 방법과 상용성이 생기도록 개질할 수 있다. 예컨대, 분지쇄형 또는 비분지쇄형의 알킬 및 아릴 기와 같은 치환기를 소분자에 사용하여 용액 공정 수행능을 강화시킬 수 있다. 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 것들보다 더 양호한 용액 공정성을 가질 수 있는데, 비대칭 물질은 재결정하는 경향이 더 낮을 수 있기 때문이다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 공정 수행능을 강화시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 분자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다수의 상이한 방식으로 교체될 수 있다. 예컨대, 치환기를 3개의 두자리 리간드를 갖는 화합물에 첨가하여, 치환기 첨가 후 1 이상의 두자리 리간드가 서로 결합하여 예컨대 네자리 또는 여섯자리 리간드를 형성시킬 수 있다. 다른 이러한 결합이 형성될 수 있다. 이러한 유형의 결합은 일반적으로 당업계에서 "킬레이트 효과"로서 이해되고 있으며, 이로 인해 결합이 없는 유사한 화합물에 비해 안정성을 증가시킬 수 있는 것으로 여겨진다.
본 발명의 구체예에 따라 제작된 소자를 평면 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 텔레비젼, 광고 게시판, 내부 또는 외부 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 투명 디스프레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화, 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 파인더, 마이크로 디스플레이, 운송 수단, 대면적 벽(large area wall), 극장 또는 운동장 스크린 또는 간판을 비롯한 매우 다양한 소비자용 제품에 삽입할 수 있다. 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스를 비롯한 다양한 제어 기전을 본 발명에 따라 제작된 소자의 제어에 이용할 수 있다. 소자 대부분은 18 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20 내지 25℃)과 같이 인간에게 편안한 온도 범위에서 사용하도록 되어 있다.
일측면에서, 본 발명은 하기 화학식의 프탈이미드 화합물을 사용하는 유기 전자 소자를 제공한다:
상기 화학식에서, R1은 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, R은 페닐기 또는 프탈이미드 함유 기이다.
본 명세서에서 사용된 바의 용어 "아릴 부분"은 단일 고리 기 뿐 아니라 다환식 고리계를 비롯한 1 이상의 방향족 고리를 포함하는 구조를 지칭한다. 다환식 고리는 1 이상의 고리가 방향족인 2개의 인접 고리(즉, 고리가 "융합"됨)에 2개의 원자의 공통점이 있는 2 이상의 고리를 가질 수 있다. 본 발명에서 치환기로서 사용하기에 적절한 아릴 부분은 나프틸, 비페닐 및 페난트릴과 같은 페닐 및 올리고아릴을 포함한다.
일부 예에서, R은 하기 화학식으로 표시되는 프탈이미드 함유 기이다:
상기 화학식에서, R2는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, R8은 고리의 임의의 위치에 존재하는 치환기를 나타내고, 하기 화학식으로 표시된다:
상기 화학식에서, R3은 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이다. 2개의 프탈이미드기는 중심 페닐 고리 상의 오르토, 메타 또는 파라 위치에 있을 수 있다.
일부 경우에서, 2개의 프탈이미드기는 중심 페닐 고리 상의 파리 위치에 있 다. 일부 경우에서, 각각의 R3은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다. 일부 경우에서, 각각의 R2는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다. 일부 경우에서, 각각의 R1은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다.
일부 예에서, R은 하기 화학식으로 표시되는 프탈이미드 함유 기이다:
상기 화학식에서, R4는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, R5는 고리의 임의의 위치에 존재하는 치환기를 나타내고, 하기 화학식으로 표시된다:
상기 화학식에서, R6은 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자 를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이다. 2개의 프탈이미드기는 시클로헥산 고리 상의 오르토, 메타 또는 파라 위치에 있을 수 있다.
일부 경우에서, 2개의 프탈이미드기는 시클로헥산 고리 상의 오르토 위치에 있다. 일부 경우에서, 각각의 R4는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다. 일부 경우에서, 각각의 R6은 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다.
일부 예에서, R은 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 치환기 또는 아릴 부분 치환기를 갖거나 갖지 않는 페닐 고리이다. 일부 경우에서, 치환기는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 일부 경우에서, 페닐 고리는 치환기를 갖지 않는다.
본 발명에 사용하기에 적절한 프탈이미드 화합물의 예는 하기를 포함한다:
다른 측면에서, 본 발명은 하기 화학식의 프탈이미드 화합물을 사용하는 유기 전자 소자를 제공한다:
상기 화학식에서, RA는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, RB는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, L은 6원 고리 또는 2개의 프탈이미드기 사이의 직접 결합이다.
일부 예에서, L은 하기 화학식으로 표시되는 시클로헥산 고리이다:
상기 화학식에서, RC는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, 2개의 프탈이미드기는 시클로헥산 고리 상의 오르토, 메타 또는 파라 위치에 있다.
일부 경우에서, 시클로헥산 고리 상의 2개의 프탈이미드기는 오르토 위치에 있다. 일부 경우에서, 시클로헥산 상의 각각의 RC는 수소이다. 일부 경우에서, 각각의 RA는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다. 일부 경우에서, 각각의 RB는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다. 일부 경우에서, 각각의 RA는 tert-부틸이고, 각각의 RB는 tert-부틸이다.
일부 예에서, L은 하기 화학식으로 표시되는 페닐 고리이다:
상기 화학식에서, RD는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 부분 또는 아릴 부분이고, 2개의 프탈이미드기는 페닐 고리 상의 오르토, 메타 또는 파라 위치에 있다.
일부 경우에서, 페닐 고리 상의 2개의 프탈이미드기는 파라 위치에 있다. 일부 경우에서, 시클로헥산 상의 각각의 RD는 수소이다. 일부 경우에서, 시클로헥산 상의 각각의 RD는 메틸이다. 일부 경우에서, 각각의 RA는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다. 일부 경우에서, 각각의 RB는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택된다. 일부 경우에서, 각각의 RA는 tert-부틸이고, 각각의 RB는 tert-부틸이다.
본 명세서에 개시된 프탈이미드 화합물은 HOMO-LUMO 간극이 크고, 삼중항 에너지가 높으며, 환원 전위 및/또는 열 및 화학적 안정성이 큰 전자 수송체이다. 이렇게, 이러한 프탈이미드 화합물은 OLED 및 태양 전지와 같은 다양한 유기 전자 소자 중 임의의 것에 사용하기에 적절하다. OLED에서, 프탈이미드 화합물은 OLDE의 다양한 층 중 임의의 것에 사용할 수 있다. 예컨대, 프탈이미드 화합물은 발광층에(예컨대 호스트 물질로서) 사용할 수 있다. 다른 예에서, 프탈이미드 화합물은 정공 차단층에(예컨대 정공 차단 물질로서) 사용할 수 있다. 다른 예에서, 프탈이미드 화합물은 전자 차단층에 사용할 수 있다. 프탈이미드 화합물은 태양 전지에 사용할 수도 있다. 예컨대, 화합물은 태양 전지의 여기자 차단층에 사용할 수 있다.
화합물 합성 실시예
하기 반응식에 도시된 바와 같이, 표적 화합물(6-9)의 합성은 상업적으로 구입 가능한 프탈산 무수물 1; 4-tert-부틸 프탈산 무수물 2; 페닐-1,4-디아민 3; 2,3,5,6-테트라메틸-페닐-1,4-디아민 4; 및 시클로헥산-1,2-디아민 5로부터 1 단계로 수행하였다. 모든 반응은 무용매 환경에서 마이크로파 반응기 내부에서 수행하였다. 2개의 상이한 반응에서 무수물 1의 혼합물을 아민 3 또는 아민 4로 조사하여 프탈이미드 화합물 6 및 7을 합성하였다. 각각 마이크로파 조건 하에서 tert-부틸 무수물 2를 아민 4 또는 아민 5와 반응시켜 유사한 방식으로 tert-부틸 프탈이미드 화합물 8 및 9를 제조하였다.
일반적인 절차. 반응물 무수물 및 아민을 합성 전에 2개의 상이한 방식으로 혼합하였다. 이들 반응물을 건식 혼합하고 막자 사발 및 막자로 미세 분말로 분쇄하거나, 또는 디클로로메탄과 혼합하고 10 분 동안 교반한 후 진공 하에서 농축시켰다.
페닐-1,4-비스-프탈이미드(화합물 P-2p). 페닐-1,4-디아민 3(1 당량) 및 프탈산 무수물 1(3 당량)의 혼합물을 40 분 동안 250℃에서 마이크로파(300 W) 조사하였다. 그 다음 검은색 불용성 물질을 265℃에서 승화시켜 프탈이미드 화합물 P-2p의 회백색 결정을 80% 수율로 얻었다. 분석 데이터: 1H NMR (250 MHz, CDC13): δ 8.01 (dd, 4H), δ 7.80 (dd, 4H). 원자 분석 결과: C = 71.55; H = 3.20; N = 7.61, C22H12N2O4에 대한 C = 71.74; H = 3.28; N = 7.61의 계산치에 대한 비교.
2,3,5,6-테트라메틸-페닐-1,4-(비스-프탈이미드)(화합물 TMPP). 2,3,5,6-테트라메틸-페닐-1,4-디아민 4(1 당량) 및 프탈산 무수물 1(3 당량)의 고체 용액을 300 W 마이크로파 반응기 내부에 넣고, 40 분 동안 250℃로 가열하였다. 흑갈색 물질을 285℃에서 승화시켜 프탈이미드 화합물 TMPP의 연황색 결정을 80% 수율로 얻었다. 분석 데이터: Mp (DSC) 462℃. 1H NMR (250 MHz, CDC13): δ 8.01 (dd, 4H), δ 7.80 (dd, 4H), δ 1.57 (s, 12H). 원자 분석 결과: C= 73.70; H = 4.66; N = 6.60, C26H20N2O4에 대한 C = 73.57; H = 4.75; N = 6.60의 계산치에 대한 비교.
2,3,5,6-테트라메틸-페닐-1,4-비스-(4-tert-부틸프탈이미드)(화합물 TMPP*). 2,3,5,6-테트라메틸-페닐-1,4-디아민 4(1 당량) 및 4-t-부틸 프탈산 무수물 2(3 당량)의 혼합물을 마이크로파 반응기(300 W) 내부에 넣고, 40 분 동안 120℃에서 조사하였다. 황색 미정제물을 디클로로메탄 중 실리카 겔의 단칼럼에 통과시켰다. 이 용리액을 농축시킨 후 미정제물(SiO2, 디클로로메탄)을 플래쉬 크로마토그래피 정제하여 프탈이미드 화합물 TMPP*를 백색 분말로서 85% 수율로 얻었다. 분석 데이터: Mp (DSC) 413℃, Tg (DSC) 88℃, Tc (DSC) 189℃. 1H NMR (360 MHz, CDC13): δ 8.01 (d, J= 0.003 Hz, 2H), δ 7.90 (dd, J= 0.043 Hz, 4H), δ 2.09 (s, 12H), δ 1.43 (s, 18H). 원자 분석 결과: C = 76.31; H = 6.75; N = 5.31, C34H36N2O4에 대한 C = 76.09; H = 6.76; N = 5.22의 계산치에 대한 비교.
1,2-비스-(4-tert-부틸프탈이미드)-시클로헥산(화합물 CH-2p). 시클로헥산-1,2-디아민 5(1 당량)를 디클로로메탄(20 ㎖) 중 4-tert-부틸 프탈산 무수물 2(3 당량)와 혼합하였다. 그 다음 반응 혼합물을 10 분 동안 교반하고, 진공 하에서 농축시킨 후, 30 분 동안 250℃에서 마이크로파(300 W) 반응시켰다. 그 다음 진황색 미정제물을 실리카 겔에 통과시키고, 여과, 농축시킨 후, 디클로로메탄 중에서 플래쉬 크로마토그래피(실리카 겔) 처리하여 프탈이미드 화합물 CH-2p의 순수한 황색 결정을 60% 수율로 얻었다. 분석 데이터: Mp (DSC) 388℃, Tg (DSC) 88℃. 1H NMR (360 MHz, CDC13): δ 7.70 (br m, 6H), δ 5.07 (m, J = 0.008 Hz, 2H), δ 2.37 (br m, 2H), δ 1.88 (br m, 4H), δ 1.57 (brm, 2H), δ 1.31 (s, 18H). 원자 분석 결과: C = 74.11; H = 6.99; N = 5.78, C30H34N2O4에 대한 C = 74.05; H = 7.04; N = 5.76의 계산치에 대한 비교.
다양한 프탈이미드 화합물의 용액 광물리학 데이터를 하기 표 1에 나타냈다. 이 데이터는 프탈이미드 화합물이 높은 삼중항 에너지 및 밀리초 범위의 수명을 가짐을 시사한다.
소자 실시예
프탈이미드 화합물 TMPP 및 TMPP*를 OLED의 제작에 사용하였다. 모든 OLED를 ITO로 코팅된 유리 기판 상에서 제작하였고, 회로 패턴을 1 ㎜ 간격을 갖는 2 ㎜ 폭 줄무늬로서 기판 상에 포토리소그래피로 각인(imprinting)하였다. ITO 코팅의 표면 저항률은 약 20 Ω-1로 측정되었다. 그 다음 ITO로 코팅된 기판을 아세톤으로 헹구고, 비눗물 용액 중에서 초음파 처리한 후, 트리클로로에틸렌, 아세톤 및 에탄올 중에서 각각 5 분 동안 비등시켰다. 그 다음, 기판을 UV-오존 세정실에서 10 분 동안 처리하였다.
저온 펌프, 2개의 결정 모니터 및 2개의 전력 공급원을 구비한 고진공 챔버(Kurt J. Lesker) 내부에서 OLED를 제작하였다. 유기 막을 3 내지 4 μtorr의 압력에서 탄탈 보트(boat)로부터 ITO 기판 상에 열 증발시켰다. 모든 유기 재료에 대한 증착 속도를 줄곧 2 내지 4 Å/s로 유지하였다. 캐소드의 증착 전에, 챔버를 질소로 환기시키고, 2 ㎜ 줄무늬로 구성된 쉐도우 마스크를 기판 위에 놓았다. 압력이 3.0 μtorr에 도달하면, 10 Å의 불화리튬(LiF)을 0.2 Å/s의 속도로 증착시킨 후, 알루미늄의 1200 Å 층을 4 내지 5 Å/s의 속도로 증착시켰다.
3개 세트(A, B 및 C)의 소자를 일반적인 구조를 갖는 ITO 기판 상에서 제작하였다: 정공 수송층으로서 NPD의 400 Å 층; 발광층으로서 호스트:도펀트의 250 Å 층; 정공 차단층으로서 정공 차단 물질의 150 Å 층; 전자 수송층으로서 Alq3의 150 Å 층; 및 캐소드로서 LiF(10 Å)/Al(1200 Å).
소자 세트 A에서, fac-트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2) 이리듐(III)(Irppy)을 발광층 내 도펀트로서 사용하였다. 소자 A1(대조)에서, CBP를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, BCP를 정공 차단 물질로서 사용하였다. 소자 A2에서, CBP를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, TMPP*를 정공 차단 물질로서 사용하였다. 소자 A3에서, TMPP*를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, BCP를 정공 차단층으로서 사용하였다.
소자 세트 B에서, 비스(2-페닐퀴놀일-N,C2) 이리듐(III)(PQIr)을 발광층 내 도펀트로서 사용하였다. 소자 B1(대조)에서, CBP를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, BCP를 정공 차단 물질로서 사용하였다. 소자 B2에서, CBP를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, TMPP*를 정공 차단 물질로서 사용하였다. 소자 B3에서, TMPP*를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, BCP를 정공 차단 물질로서 사용하였다. 소자 B4에서, TMPP*를 발광 물질 내 호스트 및 정공 차단 물질 모두로서 사용하였다.
소자 세트 C에서, PQIr을 발광층 내 도펀트로서 사용하였다. 소자 C1(대조)은 소자 B1과 동일하였다. 소자 C2에서, CBP를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, TMPP를 정공 차단 물질로서 사용하였다. 소자 C3에서, TMPP를 발광층 내 호스트로서 사용하였고, BCP를 정공 차단 물질로서 사용하였다. 소자 C4에서, TMPP를 발광 물질 내 호스트 및 정공 차단 물질 모두로서 사용하였다.
모든 OLED를 개방 분위기에서 실내 온도 및 압력에서 시험하였다. Lab VIEW 프로그램을 사용하여 소자의 휘도 및 전류-전압(I-V) 특성을 측정하였다. Keithley 2400 source meter를 사용하여 OLED의 전원을 켰고, 소자 앞면으로부터 방출된 빛을 Newport 1835-C optical meter를 구비한 UV-818 Si photocathode를 통해 수집하였다. 소자의 전자 발광 스펙트럼을 스펙트럼 형광 측정기(spectrofluorometer), 모델 C-60SE를 이용하여 기록하였다.
도 3은 소자 A1-A3의 양자 효율 대 전류 밀도의 플롯을 도시한다. 발광층 내 호스트로서 TMPP*를 그리고 도펀트로서 Irppy를 사용하는 소자 A3(삼각형)은 도펀트에 의한 호스트의 전자 전달 켄칭으로 인해 양자 효율이 낮다. 정공 차단층에 TMPP*를 사용하는 소자 A2(반만 채워진 원)는 TMPP*의 정공/여기자 차단능으로 인해 효율이 높다. 이 경우, 소자 A2는 대조 소자 A1(정사각형)의 효율보다 2 배 높다.
도 4는 소자 A1-A3의 휘도 대 전압의 플롯을 도시한다. Irppy 도펀트에 의한 TMPP* 호스트의 켄칭이 여기된 도펀트의 비방사 이완(non-radiative relaxation)을 증가시키기 때문에, 소자 A3은 희미하다. TMPP*에 의한 정공/여기자 차단이 평형 재결합(balanced recombination)을 증가시키고 여기자의 비방사 이완을 감소시키기 때문에, 소자 A2는 밝다. 이 경우, 소자 A2는 대조 소자 A1보다 희미하지만, 양쪽은 거의 동일한 턴온 전압(trun-on voltage)을 갖는다.
도 5는 소자 A1-A3의 전류 밀도 대 전압의 플롯을 도시한다. 소자 A3은 전류 누출이 있으며 턴온 전압이 높다. 여기된 도펀트로부터 TMPP* 호스트로의 전자 전달로 과잉의 정공이 생성되었다. I-V는 전자 흐름에 의해 지배되므로, 전자는 이동성이 낮아서, 과잉의 정공은 전자와 재결합하기 위해 더 오래 기다려야 한다. 또한, 공간 전하 제한(space charge limited, SCLC) 영역 내 과잉의 정공이 내부 전기장을 약하게 변화시킴으로써 들어오는 전자에 대한 장벽을 형성시킬 수 있다. 이 인자는 소자의 턴온 전압을 연장시킬 수 있다. 비교에서, 소자 A2는 최소 단락 또는 전류 누출을 나타낸다. 이 경우, 소자 A2의 I-V 형상 및 턴온 전압은 대조 소자 A1과 유사하다.
도 6은 소자 A1-A3의 전자 발광 스펙트럼을 도시한다. 소자 A3은 Irppy에 기인하여 λmax = 515 ㎚를 나타내고, 다른 것은 아마도 TMPP*와 NPD 사이에 형성된 들뜬 복합체로부터의 방출에 기인하여 λmax = 541 ㎚를 나타낸다. 소자 A2는 Irppy에 기인하여 λmax = 512 ㎚를 나타낸다. 전자 발광은 도펀트로부터만 관찰된다. 이 데이터는, TMPP*가 전자 수송체 및 정공 차단체만큼 잘 기능함을 증명한다.
도 7은 소자 B1-B4의 양자 효율 대 전류 밀도의 플롯을 도시한다. 발광층 내 호스트로서 TMPP*를 그리고 도펀트로서 PQIr을 사용하는 소자 B3(역삼각형)은 도펀트에 의한 호스트의 전자 전달 켄칭으로 인해 양자 효율이 낮다. 발광 물질 내 호스트 및 정공 차단 물질로서 TMPP*를 사용하는 소자 B4(직립 삼각형)는 양자 효율이 매우 낮고 수명이 매우 짧다. 대조 소자 B1(정사각형)에 비해, 소자 B2(원)는 TMPP*의 정공/여기자 차단능으로 인해 매우 효율적이다. 이 경우, 소자 B2는 대조 소자 B1보다 1.5 배 더 효율적이다.
도 8은 소자 B1-B4의 휘도 대 전압의 플롯을 도시한다. Irppy 도펀트에 의한 TMPP* 호스트의 켄칭이 여기된 도펀트의 비방사 이완을 증가시키기 때문에, 소자 B3은 희미하다. 마찬가지로, 켄칭 효과로 인해 소자 B4는 희미하다. TMPP*와 NPD 사이에 형성된 들뜬 복합체(방출 또는 비방출)는 또한 효율을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 평형 재결합을 증가시키고 여기자의 비방사 이완을 감소시키는 TMPP*의 정공/여기자 차단능으로 인해 소자 B2는 밝고 효율적이다. TMPP*의 삼중항 에너지가 PQIr의 삼중항 에너지보다 훨씬 높기 때문에, 에너지 전달이 더욱 효율적이고 소자가 더 밝다. 이 경우, 소자 B2는 대조 소자 B1보다 밝다.
도 9는 소자 B1-B4의 전류 밀도 대 전압의 플롯을 도시한다. 소자 B2의 I-V 형상 및 턴온 전압은 대조 소자 B1과 유사하다. 소자 4의 I-V 플롯은 결함이 있지만, 소자 3의 I-V 플롯은 양호한 것 같다. 도 10은 소자 B1-B3의 전자 발광 스펙트럼을 도시한다. 이들 소자 각각은 PQIr 방출만을 나타낸다.
도 11은 소자 C1-C4의 양자 효율 대 전류 밀도의 플롯을 나타낸다. 발광층 내 호스트로서 TMPP를 그리고 도펀트로서 PQIr을 사용하는 소자 C3(역삼각형)은 도펀트에 의한 호스트의 전자 전달 켄칭으로 인해 양자 효율이 낮다. 발광 물질 내 호스트로서 그리고 정공 차단 물질로서 TMPP를 사용하는 소자 B4(직립 삼각형)는 또한 도펀트에 의한 호스트의 전자 전달 켄칭으로 인해 양자 효율이 낮다. 또한, TMPP는 유리 전이 온도 Tg를 갖지 않기 때문에, 증착시 결정질 아일랜드가 형성될 수 있는데, 이것이 TMPP로부터 PQIr로의 에너지 전달을 감소시켜 Alq3으로부터의 방출이 우세해지게 한다.
도 12는 소자 C1-C4의 전자 발광 스펙트럼을 도시한다. 소자 C1-C3은 PQIr 방출만을 나타낸다(λmax = 595 ㎚). 소자 C4는 PQIr 방출 이외에 Alq3 방출을 나타낸다(λmax = 510 ㎚).
상기 결과는, 본 명세서에 개시된 프탈이미드 화합물을 유기 발광 소자에 사용하면 소자의 성능 및 효율을 개선시킬 수 있음을 증명한다.
재료 정의:
본 명세서에서 사용된 바의 약자는 하기와 같은 물질을 지칭한다:
CBP: 4,4'-N,N'-디카르바졸-비페닐
m-MTDATA: 4,4',4''-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민
Alq3: 8-트리스-히드록시퀴놀린 알루미늄
BPhen: 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
n-BPhen: n-도핑된 BPhen(리튬으로 도핑됨)
F4-TCNQ: 테트라플루오로-테트라시아노-퀴노디메탄
p-MTDATA: p-도핑된 m-MTDATA(F4-TCNQ로 도핑됨)
Ir(ppy)3: 트리스(2-페닐피리딘)-이리듐
Ir(ppz)3: 트리스(1-페닐피라졸로토,N,C(2')이리듐(III)
BCP: 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
TAZ: 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸
CuPc: 프탈로시아닌구리
ITO: 산화인듐주석
NPD: N,N'-디페닐-N-N'-디(1-나프틸)-벤즈이딘
TPD: N,N'-디페닐-N-N'-디(3-톨리)-벤즈이딘
BAlq: 알루미늄(III)비스(2-메틸-8-히드록시퀴놀리네이토)4-페닐페놀레이트
mCP: 1,3-N,N-디카르바졸-벤젠
DCM: 4-(디시아노에틸렌)-6-(4-디메틸아미노스티릴-2-메틸)-4H-피란
DMQA: N,N'-디메틸퀴나크리돈
Claims (50)
- 애노드;캐소드; 및애노드와 캐소드 사이에 배치되고, 하기 화학식의 프탈이미드 화합물을 포함하는 유기층을 포함하는 유기 전자 소자:
상기 화학식에서,R1은 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬기 또는 아릴기이고, m은 1 내지 4의 정수이며,R은 하기 식
중 하나로 표시되고, R2 및 R4는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬기 또는 아릴기이고, n과 p는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이며,R5 및 R8은 고리의 임의의 위치에 존재하는 치환기를 나타내고, 하기 식
으로 표시되고, R3은 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬기 또는 아릴기이고, q는 1 내지 4의 정수이다. - 제1항에 있어서, R은 하기 화학식으로 표시되는 것인 소자:.
- 제2항에 있어서, 각각의 R3은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 tert-부틸로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제2항에 있어서, 각각의 R2는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 tert-부틸로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제2항에 있어서, 각각의 R3은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택되 는 것인 소자.
- 제2항에 있어서, 각각의 R2는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제2항에 있어서, 2개의 프탈이미드기는 페닐 고리 상의 파라 위치에 있는 것인 소자.
- 제1항에 있어서, 각각의 R1은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 tert-부틸로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제1항에 있어서, 각각의 R1은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제1항에 있어서, R은 하기 화학식으로 표시되는 것인 소자:.
- 제10항에 있어서, 2개의 프탈이미드기는 시클로헥산 고리 상의 오르토 위치에 있는 것인 소자.
- 제10항에 있어서, 각각의 R4는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 tert-부틸로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제10항에 있어서, 각각의 R3은 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 tert-부틸로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제10항에 있어서, 각각의 R4는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제10항에 있어서, 각각의 R3은 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 프탈이미드 화합물은 비스-프탈이미드인 것인 소자.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 프탈이미드 화합물은 하기로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자:.
- 제1항에 있어서, 유기 발광 소자인 것인 소자.
- 제24항에 있어서, 유기층은 발광층(emissive layer)인 것인 소자.
- 제25항에 있어서, 프탈이미드 화합물은 호스트 물질(host material)인 것인 소자.
- 제24항에 있어서, 유기층은 정공 차단층인 것인 소자.
- 제24항에 있어서, 유기층은 전자 수송층인 것인 소자.
- 제1항에 있어서, 태양 전지인 것인 소자.
- 제29항에 있어서, 유기층은 여기자 차단층인 것인 소자.
- 애노드;캐소드; 및애노드와 캐소드 사이에 배치되고, 하기 화학식의 프탈이미드 화합물을 포함하는 유기층을 포함하는 유기 전자 소자:
상기 화학식에서,RA는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기 또는 아릴기이고, r은 1 내지 4의 정수이며,RB는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기 또는 아릴기이고, s는 1 내지 4의 정수이고,L은 하기 식으로 표시되는 6원 고리이고,또는
RC 및 RD는 고리의 임의의 위치에 존재하는 1 이상의 독립적으로 선택된 치환기를 나타내고, 여기서 각각의 치환기는 수소, 15개 이하의 탄소 원자를 함유하는 알킬기 또는 아릴기이고, t와 u는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이며, 2개의 프탈이미드기는 시클로헥산 고리 및 페닐 고리 상의 오르토, 메타 또는 파라 위치에 있다. - 제31항에 있어서, L은 하기 화학식으로 표시되는 시클로헥산 고리인 것인 소자:.
- 제31항에 있어서, L은 하기 화학식으로 표시되는 페닐 고리인 것인 소자:.
- 제31항에 있어서, 각각의 RA는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 tert-부틸로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제31항에 있어서, 각각의 RB는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 tert-부틸로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제31항에 있어서, 각각의 RA는 tert-부틸이고, 각각의 RB는 tert-부틸인 것인 소자.
- 제31항에 있어서, 각각의 RA는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제31항에 있어서, 각각의 RB는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 비페닐 및 페난트릴로 구성된 군에서 선택되는 것인 소자.
- 제33항에 있어서, L은 하기 화학식으로 표시되는 것인 소자:
상기 화학식에서, 2개의 프탈이미드기는 파라 위치에 있다. - 제39항에 있어서, L은 하기 화학식으로 표시되는 것인 소자:.
- 제39항에 있어서, L은 하기 화학식으로 표시되는 것인 소자:.
- 제32항에 있어서, L은 하기 화학식으로 표시되는 것인 소자:
상기 화학식에서, 2개의 프탈이미드기는 오르토 위치에 있다. - 제42항에 있어서, L은 하기 화학식으로 표시되는 것인 소자:.
- 제31항에 있어서, 유기 발광 소자인 것인 소자.
- 제44항에 있어서, 유기층은 발광층인 것인 소자.
- 제45항에 있어서, 프탈이미드 화합물은 호스트 물질인 것인 소자.
- 제44항에 있어서, 유기층은 정공 차단층인 것인 소자.
- 제44항에 있어서, 유기층은 전자 수송층인 것인 소자.
- 제31항에 있어서, 태양 전지인 것인 소자.
- 제49항에 있어서, 유기층은 여기자 차단층인 것인 소자.
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