KR101837825B1

KR101837825B1 - 지연형광 재료 및 이를 포함하는 유기 발광장치

Info

Publication number: KR101837825B1
Application number: KR1020160026101A
Authority: KR
Inventors: 이준엽; 서정아
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2018-04-26
Also published as: KR20170103358A

Abstract

지연형광 재료가 개시된다. 지연형광 재료는 전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 분자 구조를 갖는 화합물을 포함하고, 이 경우 전자 억셉터 단위는 인돌로카바졸 또는 인돌로카바졸 유도체를 포함한다. 이와 같은 지연형광 재료는 높은 양자효율을 나타낼 뿐만 아니라 높은 구조적 및 열정 안정성을 나타낸다.

Description

지연형광 재료 및 이를 포함하는 유기 발광장치{DELAYED FLUORESCENCE MATERIAL AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THE DELAYED FLUORESCENCE MATERIAL}

본 발명은 장시간에 걸쳐 발광하는 지연형광 재료 및 이를 포함하는 유기전계 발광장치에 관한 것이다.

유기 발광장치가 상용화되기 위해서는 발광재료의 효율 향상이 필요하고, 이를 위해 인광 및 지연형광 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 상기 인광 물질의 경우, 높은 효율을 달성할 수 있음에도 불구하고 인광을 구현하기 위해 필요한 금속착화물의 가격이 높고 수명이 짧은 문제가 있다.

지연형광 물질의 경우, 최근 『Nature』(2012, 492, 234) 및『JACS』(2012, 134, 14706)에 발표된 논문에서 TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence)의 개념을 도입하여 형광재료이면서도 외부양자효율이 높은 고효율 녹색 형광 재료를 발표하였다. TADF 개념은 여기 삼중항 상태로부터 여기 단일항 상태로의 역 에너지 이동을 열 활성화에 의해서 생기게 하여 형광 발광에 이르는 현상을 나타내고, 삼중항 경유로 발광이 생기기 때문에 일반적으로 수명이 긴 발광이 생기는 점에서 지연 형광으로 부른다. 전자를 공여하기 쉬운 성질(donor)과 전자를 받기 쉬운 성질(acceptor)을 가지고 있는 분자 구조를 조합하여 단일항과 삼중항의 여기상태의 에너지 차이를 작게 하는 분자 설계를 통해 고효율인 지연형광 재료의 개발이 가능하다. 지연형광 물질은 형광발광과 인광발광을 모두 사용할 수 있으므로, 기존의 형광재료가 가지는 외부양자효율의 문제점을 해결할 수 있고 금속 착화물을 포함하지 않아도 된다는 점에서 인광의 가격 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 일 목적은 인돌로카바졸 유도체를 전자 억셉터 단위로 포함하는 분자 구조를 가져서 높은 양자 효율을 나타내고 다양한 분자 구조를 제공할 수 있는 지연형광 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 지연형광 재료를 포함하는 유기 발광장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 지연형과 재료는 전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 분자 구조를 갖는 제1 화합물을 포함하고, 이 경우, 상기 전자 억셉터 단위는 인돌로카바졸 유도체를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 화합물은 하기 화학식 1의 분자 구조를 가질 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, D는 상기 전자 도너 단위를 나타내고, R¹ 내지 R¹⁰은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 찬소수 3 내지 60의 아릴실릴기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기 및 상기 전자 도너(donor) 단위로 작용할 수 있는 작용기로부터 선택된 하나이다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 화합물은 하기 화학식 6 내지 13의 화합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 분자 구조를 가질 수 있다.

[화학식 6]

[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

[화학식 11]

[화학식 12]

[화학식 13]

본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 재료는 인돌로카바졸 유도체를 전자 억셉터 단위로 포함하므로, 고안정성 및 높은 효율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 지연 형광 재료의 분자 구조를 다양화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지연형광 발광장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 제1 및 제2 지연형광 발광장치에 대해 측정된 휘도에 따른 양자효율을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 지연 형광(delayed fluorescence) 재료는 전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 분자 구조를 갖는 화합물을 포함한다. 상기 전자 억셉터 단위는 인돌로카바졸(indolocarbazole) 유도체 작용기를 포함할 수 있다. 이와 같이, 전자 도너 단위와 전자 억셉터 단위를 포함하는 분자 구조를 갖는 화합물은 여기 단일항(singlet) 에너지와 여기 삼중항(triplet) 에너지의 차이가 작아서 열에너지에 의해 여기 삼중항 상태의 엑시톤이 여기 일중항 상태로 계간 전이될 수 있어서, 지연 형광 특성을 나타낼 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 지연 형광(delayed fluorescence) 재료는 하기 화학식 1의 분자 구조를 갖는 화합물을 포함할 수 있고, 화학식 1에 있어서 'D'는 상기 전자 도너 단위를 나타낸다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R¹ 내지 R¹⁰은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기 등으로부터 선택된 하나일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 R¹ 내지 R¹⁰ 중 하나 이상은 상기 도너 단위 'D'와 동일하거나 이와 다른 전자 도너 단위일 수 있다. 예를 들면, 상기 R³ 또는 R⁸는 상기 도너 단위 'D'와 동일하거나 이와 다른 전자 도너 단위일 수 있다.

상기 'D' 또는 R¹ 내지 R¹⁰ 중 하나 이상의 상기 전자 도너 단위로는 상기 전자 억셉터 단위에 전자를 공여하여 상기 화학식 1의 분자 구조 내에서 전하의 이동을 유도할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다.

일 실시예에 있어서, 상기 전자 도너 단위는 하기 표 1 내지 3에 기재된 화합물로부터 유도된 작용기 화합물들로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 2-1		화학식 2-2		화학식 2-3
화학식 2-4		화학식 2-5		화학식 2-6
화학식 2-7		화학식 2-8		화학식 2-9
화학식 2-10		화학식 2-11		화학식 2-12
화학식 2-13		화학식 2-14		화학식 2-15
화학식 2-16		화학식 2-17		화학식 2-18
화학식 2-19		화학식 2-20		화학식 2-21
화학식 2-22		화학식 2-23		화학식 2-24
화학식 2-25		화학식 2-26		화학식 2-27
화학식 2-28		화학식 2-29		화학식 2-30

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 2-31		화학식 2-32		화학식 2-33
화학식 2-34		화학식 2-35		화학식 2-36
화학식 2-37		화학식 2-38		화학식 2-39
화학식 2-40		화학식 2-41		화학식 2-42
화학식 2-43		화학식 2-44		화학식 2-45
화학식 2-46		화학식 2-47		화학식 2-48
화학식 2-49		화학식 2-50		화학식 2-51
화학식 2-52		화학식 2-53		화학식 2-54
화학식 2-55		화학식 2-56		화학식 2-57
화학식 2-58		화학식 2-59		화학식 2-60

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 2-61		화학식 2-62		화학식 2-63
화학식 2-64		화학식 2-65		화학식 2-66
화학식 2-67		화학식 2-68		화학식 2-69
화학식 2-70		화학식 2-71		화학식 2-72
화학식 2-73		화학식 2-74		화학식 2-75
화학식 2-76		화학식 2-77		화학식 2-78
화학식 2-79		화학식 2-80

상기 표 1 내지 3에 기재된 화합물들 중 화학식 2-13 내지 2-30, 화학식 2-43 내지 2-63, 화학식 2-67 내지 2-69 및 화학식 2-79 내지 2-80의 화합물들에 있어서, R은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기 등으로부터 선택된 하나일 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 전자 도너 단위는 하기 표 4 내지 6에 기재된 화합물들로부터 유도된 작용기 화합물들로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 3-1		화학식 3-2		화학식 3-3
화학식 3-4		화학식 3-5		화학식 3-6
화학식 3-7		화학식 3-8		화학식 3-9
화학식 3-10		화학식 3-11		화학식 3-12
화학식 3-13		화학식 3-14		화학식 3-15
화학식 3-16		화학식 3-17		화학식 3-18
화학식 3-19		화학식 3-20		화학식 3-21
화학식 3-22		화학식 3-23		화학식 3-24
화학식 3-25		화학식 3-26		화학식 3-27
화학식 3-28		화학식 3-29		화학식 3-30

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 3-31		화학식 3-32		화학식 3-33
화학식 3-34		화학식 3-35		화학식 3-36
화학식 3-37		화학식 3-38		화학식 3-39
화학식 3-40		화학식 3-41		화학식 3-42
화학식 3-43		화학식 3-44		화학식 3-45
화학식 3-46		화학식 3-47		화학식 3-48
화학식 3-49		화학식 3-50		화학식 3-51
화학식 3-52		화학식 3-53		화학식 3-54
화학식 3-55		화학식 3-56		화학식 3-57
화학식 3-58		화학식 3-59		화학식 3-60

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 3-61		화학식 3-62		화학식 3-63
화학식 3-64		화학식 3-65		화학식 3-66
화학식 3-67		화학식 3-68		화학식 3-69
화학식 3-70		화학식 3-71		화학식 3-72
화학식 3-73		화학식 3-74		화학식 3-75
화학식 3-76		화학식 3-77		화학식 3-78
화학식 3-79		화학식 3-80		화학식 3-81
화학식 3-82		화학식 3-83		화학식 3-84
화학식 3-85		화학식 3-86		화학식 3-87

또 다른 실시예에 있어서, 상기 전자 도너 단위는 하기 표 7 내지 9에 기재된 화합물들로부터 유도된 작용기 화합물들로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 4-1		화학식 4-2		화학식 4-3
화학식 4-4		화학식 4-5		화학식 4-6
화학식 4-7		화학식 4-8		화학식 4-9
화학식 4-10		화학식 4-11		화학식 4-12
화학식 4-13		화학식 4-14		화학식 4-15
화학식 4-16		화학식 4-17		화학식 4-18
화학식 4-19		화학식 4-20		화학식 4-21
화학식 4-22		화학식 4-23		화학식 4-24
화학식 4-25		화학식 4-26		화학식 4-27
화학식 4-28		화학식 4-29		화학식 4-30

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 4-31		화학식 4-32		화학식 4-33
화학식 4-34		화학식 4-35		화학식 4-36
화학식 4-37		화학식 4-38		화학식 4-39
화학식 4-40		화학식 4-41		화학식 4-42
화학식 4-43		화학식 4-44		화학식 4-45
화학식 4-46		화학식 4-47		화학식 4-48
화학식 4-49		화학식 4-50		화학식 4-51
화학식 4-52		화학식 4-53		화학식 4-54
화학식 4-55		화학식 4-56		화학식 4-57
화학식 4-58		화학식 4-59		화학식 4-60

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 4-61		화학식 4-62		화학식 4-63
화학식 4-64		화학식 4-65		화학식 4-66
화학식 4-67		화학식 4-68		화학식 4-69
화학식 4-70		화학식 4-71		화학식 4-72
화학식 4-73		화학식 4-74		화학식 4-75
화학식 4-76		화학식 4-77		화학식 4-78
화학식 4-79		화학식 4-80		화학식 4-81
화학식 4-82		화학식 4-83		화학식 4-84
화학식 4-85		화학식 4-86		화학식 4-87
화학식 4-88		화학식 4-89		화학식 4-90

또 다른 실시예에 있어서, 상기 전자 도너 단위는 하기 표 10 내지 12에 기재된 화합물들로부터 유도된 작용기 화합물들로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 5-1		화학식 5-2		화학식 5-3
화학식 5-4		화학식 5-5		화학식 5-6
화학식 5-7		화학식 5-8		화학식 5-9
화학식 5-10		화학식 5-11		화학식 5-12
화학식 5-13		화학식 5-14		화학식 5-15
화학식 5-16		화학식 5-17		화학식 5-18
화학식 5-19		화학식 5-20		화학식 5-21
화학식 5-22		화학식 5-23		화학식 5-24
화학식 5-25		화학식 5-26		화학식 5-27
화학식 5-28		화학식 5-29		화학식 5-30

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 5-31		화학식 5-32		화학식 5-33
화학식 5-34		화학식 5-35		화학식 5-36
화학식 5-37		화학식 5-38		화학식 5-39
화학식 5-40		화학식 5-41		화학식 5-42
화학식 5-43		화학식 5-44		화학식 5-45
화학식 5-46		화학식 5-47		화학식 5-48
화학식 5-49		화학식 5-50		화학식 5-51
화학식 5-52		화학식 5-53		화학식 5-54
화학식 5-55		화학식 5-56		화학식 5-57
화학식 5-58		화학식 5-59		화학식 5-60

구분	화학식	구분	화학식	구분	화학식
화학식 5-61		화학식 5-62		화학식 5-63
화학식 5-64		화학식 5-65		화학식 5-66
화학식 5-67		화학식 5-68		화학식 5-69
화학식 5-70		화학식 5-71		화학식 5-72
화학식 5-73		화학식 5-74		화학식 5-75
화학식 5-76		화학식 5-77		화학식 5-78
화학식 5-79		화학식 5-80		화학식 5-81
화학식 5-82		화학식 5-83		화학식 5-84
화학식 5-85		화학식 5-86		화학식 5-87
화학식 5-88		화학식 5-89		화학식 5-90

일 실시예에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 재료는 하기 화학식 6 내지 13의 분자 구조를 갖는 화합물들 중 하나를 포함할 수 있다.

[화학식 6]

[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

[화학식 11]

[화학식 12]

[화학식 13]

본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 재료는 인돌로카바졸(indolocarbazole) 유도체를 전자 억셉터 단위로 포함하므로, 고안정성 및 높은 효율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 지연 형광 재료의 분자 구조를 다양화할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 일부 실시예를 제시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

<반응식 1>

상기 반응식 1에 따라 화학식 6의 분자 구조를 갖는 화합물 1을 합성하였다. 구체적으로, 2-브로모인돌로[3,2,1-jk]카바졸(1.00 g, 3.12 mmol), 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘(0.72 g, 3.43 mmol), 팔라듐 아세테이트(0.21 g, 0.94 mmol), 트리스-터트-부틸포스핀(0.95 g, 4.69 mmol) 및 포타슘-터트-부톡사이드(0.53 g, 4.69 mmol)를 무수 톨루엔에 용해시킨 후 환류하면서 12시간 동안 반응시켰고, 반응종료 후 필터한 여액을 메틸렌 클로라이드와 증류수로 추출하였다.

유기상을 마그네슘 설페이트를 이용하여 남아있는 수분을 제거 후, 컬럼 크로마토그래피를(헥산:메틸렌 클로라이드) 통하여 정제하여 흰색 파우더인 화합물 1(0.72 g, 수율: 51%)을 얻었다.

[실시예 2]

<반응식 2>

상기 반응식 2에 따라 화학식 11의 분자 구조를 갖는 화합물 2를 합성하였다. 구체적으로, 2-다이아이오도인돌로[3,2,1-jk]카바졸(1 g, 2.03 mmol), 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘(1.06 g, 5.07 mmol), 팔라듐 아세테이트(0.02 g, 0.10 mmol), 트리스-터트-부틸포스핀(0.10 g, 0.51 mmol) 및 포타슘-터트-부톡사이드(0.68 g, 6.08 mmol)를 무수 톨루엔에 용해시킨 후 환류하면서 12시간 동안 반응시켰고, 반응종료 후 필터 한 여액을 메틸렌 클로라이드와 증류수로 추출하였다.

유기상을 마그네슘 설페이트를 이용하여 남아있는 수분을 제거 후, 컬럼 크로마토그래피(헥산:메틸렌 클로라이드)를 통하여 정제하여 흰색 파우더인 화합물 4(0.72 g, 수율: 51%)를 얻었다.

[실시예 3]

<반응식 3>

상기 반응식 3에 따라 화학식 7의 분자 구조를 갖는 화합물 3을 합성하였다. 구체적으로, 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘 대신 9H-3,9'-바이카바졸(0.85 g, 2.62 mmol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 3을 수율 42%로 얻었다.

[실시예 4]

<반응식 4>

상기 반응식 4에 따라 화학식 8의 분자 구조를 갖는 화합물 4를 합성하였다. 구체적으로, 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘을 대신해 3,6-다이-터트-부틸-9H-카바졸(0.73 g, 2.62 mmol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 합성방법과 동일한 방법으로 화합물 4를 수율 45%로 얻었다.

[실시예 5]

<반응식 5>

상기 반응식 5에 따라 화학식 9의 분자 구조를 갖는 화합물 5을 합성하였다. 구체적으로, 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘 대신 3-페닐-3,10-다이하이드로피롤로[3,2-a]카바졸 (0.74 g, 2.62 mmol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 5을 수율 50%로 얻었다.

[실시예 6]

<반응식 6>

상기 반응식 6에 따라 화학식 10의 분자 구조를 갖는 화합물 6을 합성하였다. 구체적으로, 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘 대신 10H-페녹싸진(0.48 g, 2.62 mmol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 6을 수율 56%로 얻었다.

[실시예 7]

<반응식 7>

상기 반응식 7에 따라 화학식 12의 분자 구조를 갖는 화합물 7을 합성하였다. 구체적으로, 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘 대신 3-페닐-3,10-다이하이드로피롤로[3,2-a]카바졸(0.85 g, 5.07 mmol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 6을 수율 54%로 얻었다.

[실시예 8]

<반응식 8>

상기 반응식 8에 따라 화학식 13의 분자 구조를 갖는 화합물 8을 합성하였다. 구체적으로, 9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘 대신 10H-페녹싸진(1.42 g, 5.07 mmol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2의 합성 방법과 동일한 방법으로 화합물 6을 수율 49%로 얻었다.

[실험예]

실시예 1 및 실시예 2에 따라 합성한 화합물 1 및 화합물 2를 각각 발광층의 발광물질로 이용하여 도 1에 도시된 구조의 지연형광 발광장치들(100)을 각각 제작한 후 이들의 색좌표, 최대 양자효율, 최대 전력 효율 및 최대 전류 효율을 측정하였다. 이하 설명의 편의를 위해 실시예 1에 따라 합성된 화합물 1을 발광물질로 포함하는 소자를 제1 지연형광 발광장치라 하고, 실시예 2에 따라 합성된 화합물 2를 발광물질로 포함하는 소자를 제2 지연형광 발광장치라 한다.

상기 지연형광 발광장치(100)는 기판(110) 상에 양극(120), 정공 주입층(130), 정공 이송층(140), 발광층(150), 전자 이송층(160), 전자 주입층(170) 및 음극(180)을 진공증착 공정으로 순차적으로 적층하여 제조되었다. 이 때, 상기 양극(120)은 ITO로 형성되고, 상기 정공 주입층(130)은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene);poly(styrenesulfonate))로 형성되며, 상기 정공 수송층(140)은 TAPC(4,4'-cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)aniline])와 mCP(1,3-bis(N-carbazolyl)benzene)의 적층 구조를 갖는다. 그리고, 상기 전자 이송층(160)은 TSPO1(diphenyl(4-(triphenylsilyl)phenyl)phosphine oxide)으로 형성되고, 전자 주입층(170)은 TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)으로 형성되며, 상기 음극(180)은 불화리튬(LiF) 및 알루미늄(Al)의 적층 구조를 갖는다.

한편, 상기 제1 지연형광 발광장치의 발광층(150)은 호스트 물질인 DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide)에 실시예 1의 화합물 1을 10% 도핑된 물질을 이용하여 형성되었고, 상기 제2 지연형광 발광장치의 발광층(150)은 호스트 물질인 DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide)에 실시예 2의 화합물 2를 10% 도핑된 물질을 이용하여 형성되었다.

제1 및 제2 지연형광 발광장치에 대해 색좌표, 최대 양자효율, 최대 전력 효율 및 최대 전류 효율을 측정하였고, 그 결과를 표 13에 나타낸다. 한편, 도 2은 제1 및 제2 지연형광 발광장치의 휘도(luminance)에 대한 양자효율을 나타내는 그래프이다.

구분	색좌표(x, y)	최대 양자 효율 (%)	최대 전력 효율 (lm/W)	최대 전류 효율 (cd/A)
실시예 1	(0.15, 0.10)	13.65	10.60	11.81
실시예 2	(0.15, 0.16)	19.51	22.19	24.73

표 13 및 도 1을 참조하면, 제1 및 제2 지연형광 발광장치들은 모두 청색광을 방출하고, 각각 13.65% 및 19.51%의 최대 양자 효율을 나타내는 것으로 측정되었다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 지연형광 재료를 발광물질로 이용하는 경우, 현저하게 향상된 양자효율을 나타내는 것으로 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 인돌로카바졸 유도체를 포함하며 상기 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 하기 화학식 1의 분자 구조를 갖는 제1 화합물을 포함하고,
상기 전자 도너 단위는 하기 화학식 2-1 내지 2-15의 화합물들의 유도체 작용기들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지연형광 재료:
[화학식 1]

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

[화학식 2-3]

[화학식 2-4]

[화학식 2-5]

[화학식 2-6]

[화학식 2-7]

[화학식 2-8]

[화학식 2-9]

[화학식 2-10]

[화학식 2-11]

[화학식 2-12]

[화학식 2-13]

[화학식 2-14]

[화학식 2-15]

상기 화학식 1에서, D는 상기 전자 도너 단위를 나타내고, R1내지 R10은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기 및 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이고,
상기 화학식 2-3 내지 2-14에서, R은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기 및 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이다.
전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 인돌로카바졸 유도체를 포함하며 상기 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 하기 화학식 1의 분자 구조를 갖는 제1 화합물을 포함하고,
상기 전자 도너 단위는 하기 화학식 3-1의 화합물의 유도체 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지연형광 재료:
[화학식 1]

[화학식 3-1]

상기 화학식 1에서, D는 상기 전자 도너 단위를 나타내고, R1내지 R10은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기 및 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이고,
상기 화학식 3-1에서, R은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기 및 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이다.
전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 인돌로카바졸 유도체를 포함하며 상기 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 하기 화학식 1의 분자 구조를 갖는 제1 화합물을 포함하고,
상기 전자 도너 단위는 하기 화학식 4-1 내지 4-27의 화합물들의 유도체 작용기들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지연형광 재료:
[화학식 1]

[화학식 4-1]

[화학식 4-2]

[화학식 4-3]

[화학식 4-4]

[화학식 4-5]

[화학식 4-6]

[화학식 4-7]

[화학식 4-8]

[화학식 4-9]

[화학식 4-10]

[화학식 4-11]

[화학식 4-12]

[화학식 4-13]

[화학식 4-14]

[화학식 4-15]

[화학식 4-16]

[화학식 4-17]

[화학식 4-18]

[화학식 4-19]

[화학식 4-20]

[화학식 4-21]

[화학식 4-22]

[화학식 4-23]

[화학식 4-24]

[화학식 4-25]

[화학식 4-26]

[화학식 4-27]

상기 화학식 1에서, D는 상기 전자 도너 단위를 나타내고, R1내지 R10은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기 및 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 5-4의 화합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 분자 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 지연형광 재료:
[화학식 5-1]

[화학식 5-2]

[화학식 5-3]

[화학식 5-4]
전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 인돌로카바졸 유도체를 포함하며 상기 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 하기 화학식 1의 분자 구조를 갖는 제1 화합물을 포함하고,
상기 전자 도너 단위는 하기 화학식 6-1 내지 6-6의 화합물들의 유도체 작용기들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지연형광 재료:
[화학식 1]

[화학식 6-1]

[화학식 6-2]

[화학식 6-3]

[화학식 6-4]

[화학식 6-5]

[화학식 6-6]

상기 화학식 1에서, D는 상기 전자 도너 단위를 나타내고, R1내지 R10은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기 및 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이다.
전자를 공여하는 전자 도너(donor) 단위 및 상기 전자 도너 단위에 결합되고 인돌로카바졸 유도체를 포함하며 상기 전자를 수용하는 전자 억셉터(acceptor) 단위를 포함하는 하기 화학식 1의 분자 구조를 갖는 제1 화합물을 포함하고,
상기 전자 도너 단위는 하기 화학식 7-1 내지 7-10의 화합물들의 유도체 작용기들로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지연형광 재료:
[화학식 1]

[화학식 7-1]

[화학식 7-2]

[화학식 7-3]

[화학식 7-4]

[화학식 7-5]

[화학식 7-6]

[화학식 7-7]

[화학식 7-8]

[화학식 7-9]

[화학식 7-10]

상기 화학식 1에서, D는 상기 전자 도너 단위를 나타내고, R1내지 R10은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐기, 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 60의 알콕시기, 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 60의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 60의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 60의 알킬실릴기, 탄소수 3 내지 60의 아릴실릴기 및 탄소수 1 내지 60의 헤테로아릴실릴기로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이다.
제6항에 있어서,
상기 제1 화합물은 하기 화학식 8-1 또는 8-2의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지연형광 재료:
[화학식 8-1]

[화학식 8-2]