KR102146174B1 - 인광 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 퀴놀린 또는 이소퀴놀린 부분 및 페닐 부분을 갖는 리간드, 예를 들면 (이소)pq 리간드를 포함하는 화합물에 관한 것이다. 특히, 리간드는 전자 공여 기로 추가로 치환된다. 유기 발광 디바이스, 특히 개선된 성질을 갖는 디바이스를 제공하기 위하여 가시 스펙트럼의 진한 적색 부분에서 발광을 갖는 디바이스에 화합물이 사용될 수 있다.

Description

인광 물질{PHOSPHORESCENT MATERIALS}
본 출원은 2010년 11월 11일자로 출원된 미국 가출원 제12/944,437호를 우선권주장하며, 그 개시내용은 그 전문이 본원에 명백하게 참고로 포함된다.
당해 발명은 합동 산학 연구 협약에 따라 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 미시간, 프린스턴 유니버시티, 더 유니버시티 오브 서던 캘리포니아 및 더 유니버셜 디스플레이 코포레이션 당사자 중 하나 이상에 의하여, 이를 대신하여 및/또는 이와 관련하여 완성되었다. 협약은 당해 발명이 완성된 일자에 그리고 일자 이전에 발효되었으며, 당해 발명은 협약서의 범주 내에서 수행된 활동의 결과로서 완성되었다.
본 발명은 유기 발광 디바이스(OLED)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전자 공여 기로 추가로 치환된, 퀴놀린 또는 이소퀴놀린 부분 및 페닐 부분을 갖는 리간드, 예를 들면 (이소)pq 리간드를 포함하는 인광 물질에 관한 것이다. 이러한 물질은 개선된 성능을 갖는 디바이스를 제공할 수 있다.
유기 물질을 사용하는 광전자 디바이스는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 디바이스를 제조하는데 사용되는 다수의 물질은 비교적 저렴하여 유기 광전자 디바이스는 무기 디바이스에 비하여 경제적 잇점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 성질, 예컨대 이의 가요성은 가요성 기판상에서의 제조와 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 될 수 있다. 유기 광전자 디바이스의 예로는 유기 발광 디바이스(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능면에서의 잇점을 가질 수 있다. 예를 들면, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 디바이스를 가로질러 전압을 인가시 광을 방출하는 유기 박막을 사용하게 한다. OLED는 평판 패널 디스플레이, 조명 및 역광과 같은 적용예에 사용하기 위한 점차로 중요해지는 기술이다. 여러가지의 OLED 물질 및 형상은 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
인광 발광 분자에 대한 하나의 적용예는 총 천연색 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로서 지칭하는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 색상은 당업계에 공지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
녹색 발광 분자의 일례로는 하기 화학식을 갖는 Ir(ppy)3으로 나타낸 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이다:
Figure 112018054731676-pat00001
본원에서의 이와 같은 화학식 및 하기의 화학식에서, 본 출원인은 질소로부터 금속(여기에서는 Ir)으로의 배위 결합을 직선으로 도시한다.
본원에서 , 용어 "유기"라는 것은 유기 광전자 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있는 중합체 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질을 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬 기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제거하지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄상에서의 측쇄기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 투입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 부분상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 부분으로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 부분은 형광 또는 인광 소분자 방출체일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 통상적으로 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 밝혀졌다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층"의 상부에 위치하는" 것으로 기재될 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재할 수 있을지라도, 캐소드는 애노드"의 상부에 위치하는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있거나 및/또는 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 발광 물질의 광활성 성질에 직접적으로 기여하는 것으로 밝혀질 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 성질을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 발광 물질의 광활성 성질에 기여하지 않는 것으로 밝혀질 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1의 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 레벨이 진공 에너지 레벨에 근접할 경우, 제1의 에너지 레벨은 제2의 HOMO 또는 LUMO보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 레벨에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 레벨은 더 작은 절대값을 갖는 IP에 해당한다(IP는 음의 값이 더 작다). 유사하게, 더 높은 LUMO 에너지 레벨은 절대값이 더 작은 전자 친화도(EA)에 해당한다(EA의 음의 값이 더 작다). 상부에서의 진공 레벨을 갖는 통상의 에너지 레벨 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 레벨은 동일한 물질의 HOMO 에너지 레벨보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 레벨은 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 레벨보다 상기 다이아그램의 상부에 더 근접한다는 것을 나타낸다.
본원에서 사용한 바와 같이 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1의 일 함수의 절대값이 더 클 경우, 제1의 일 함수는 제2의 일 함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일 함수는 일반적으로 진공 레벨에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일 함수의 음의 값이 더 크다는 것을 의미한다. 상부에서 진공 레벨을 갖는 통상의 에너지 레벨 다이아그램에서, "더 높은" 일 함수는 진공 레벨로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 도시된다. 그래서, HOMO 및 LUMO 에너지 레벨의 정의는 일 함수와는 상이한 조약을 따른다.
OLED에 대한 세부사항 및 전술한 정의는 미국 특허 제7,279,704호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌의 개시내용은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 하기 화학식 I의 화합물을 제공한다:
<화학식 I>
Figure 112018054731676-pat00002
상기 화학식에서, M은 원자량이 40보다 큰 금속이다. L은 보조 리간드이다. m은 금속 M의 산화 상태이다. 바람직하게는, M은 Ir이다. n은 1 이상이다. A는 융합된 카르보시클릭 또는 융합된 헤테로시클릭 고리이다. 각각의 Ra 및 Rb는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있다. 각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 2개 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴 아미노로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, L은 1가 음이온(monoanionic) 2좌 리간드이다. 보다 바람직하게는, L은
Figure 112018054731676-pat00003
이며, Rx, Ry 및 Rz는 각각 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 가장 바람직하게는, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 카르보닐 기에 대한 α 위치보다 더 먼 위치에서 분지되어 있는 분지형 알킬 부분을 포함한다. 하나의 구체예에서, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 이소부틸이다. 또다른 구체예에서, Rz는 수소이다.
하나의 구체예에서, 화합물은 하기 화학식 II 및 화학식 III으로 이루어진 군으로부터 선택된 화학식을 갖는다:
<화학식 II>
Figure 112018054731676-pat00004
<화학식 III>
Figure 112018054731676-pat00005
또다른 구체예에서, (이소)pq 리간드는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure 112018054731676-pat00006
Figure 112018054731676-pat00007
Figure 112018054731676-pat00008
또한, 구체적인 화합물이 제공된다. 특히 화합물은 하기 화합물 1 내지 화합물 7로 이루어진 군으로부터 선택된다.
하나의 구체예에서, 화합물은 약 650 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는다.
또한, 유기 발광 디바이스를 포함하는 제1의 디바이스가 제공된다. 유기 발광 디바이스는 애노드, 캐소드 및, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 더 포함한다. 유기층은 하기 화학식 I를 갖는 화합물을 포함한다:
<화학식 I>
Figure 112018054731676-pat00009
M은 원자량이 40보다 큰 금속이다. 바람직하게는, M은 Ir이다. L은 보조 리간드이다. m은 금속 M의 산화 상태이다. n은 1 이상이다. A는 융합된 카르보시클릭 또는 융합된 헤테로시클릭 고리이다. 각각의 Ra 및 Rb는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있다. 각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 2개 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴 아미노로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 화합물을 포함하는 디바이스의 구체적인 예가 제공된다. 하나의 구체예에서, 제1의 디바이스에 사용되는 화합물은 화합물 1 내지 화합물 7로 이루어진 군으로부터 선택된다.
화학식 I에 대하여 상기 논의된 다양한 구체적인 구체예는 또한 제1의 디바이스에 사용시 화학식 I을 갖는 화합물에 적용 가능하다. 특히, 상기 논의된 화학식 I을 갖는 화합물의 M, L, Ra, Rb, Rx, Ry, Rz 및 (이소)pq 리간드 부분의 구체적인 구체예도 또한 제1의 디바이스에 사용되는 화학식 I을 갖는 화합물에 적용 가능하다.
하나의 구체예에서, 유기층은 발광층이며, 화학식 I을 갖는 화합물은 발광 도펀트이다. 또다른 구체예에서, 유기층은 호스트를 더 포함한다. 바람직하게는, 호스트는 금속 8-히드록시퀴놀레이트이다. 보다 바람직하게는, 호스트는 하기 화합물 D이다:
Figure 112018054731676-pat00010
하나의 구체예에서, 제1의 디바이스는 소비재이다. 또다른 구체예에서, 제1의 디바이스는 유기 발광 디바이스이다.
하나의 구체예에서, 디바이스는 약 650 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 화합물을 포함한다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역전된 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 전자 공여 기로 추가로 치환된 퀴놀린 또는 이소퀴놀린 페닐 리간드를 포함하는 예시의 인광 물질을 도시한다.
일반적으로, OLED는 애노드 및 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 1종 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 정공을 유기층(들)에 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 엑시톤이 광발광 메카니즘에 의하여 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메카니즘, 예컨대 열 이완도 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제 4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 발광 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 기간으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 예시되어 있다. 문헌[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 electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]을 참조하며, 이들 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 인광은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 도시한다. 도 1은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 디바이스(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 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1의 전도층(162) 및 제2의 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제조될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시의 물질의 성질 및 기능은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 각각의 층에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성 및 투명한 기판-애노드 조합은 미국 특허 제 5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 발광 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson et al.)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국 특허 제 6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 보호층의 설명은 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
도 2는 역전된 OLED(200)를 도시한다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기재된 순서로 층을 적층시켜 제조될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구조는 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있고 그리고 디바이스(200)가 애노드(230)의 아래에 캐소드(215)가 배치되어 있으므로, 디바이스(200)는 "역전된" OLED로 지칭될 수 있다. 디바이스(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 디바이스(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조로부터 일부 층이 얼마나 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공하며, 본 발명의 실시양태는 다양한 기타의 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 기타의 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 작용성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략할 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 이들 구체적으로 기재된 층을 제외한 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로서 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질, 예컨대 호스트 및 도펀트의 혼합물 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 층은 다수의 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서 정공 수송층(225)은 정공을 수송하며, 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 하나의 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일층을 포함할 수 있거나 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제 5,247,190호(Friend et al.)에 기재된 바와 같은 중합체 물질(PLED)을 포함하는 OLED를 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국 특허 제 5,707,745호(Forrest et al.)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국 특허 제 6,091,195호(Forrest et al.)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제 5,834,893호(Bulovic et al.)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적절한 방법에 의하여 적층될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제 6,337,102호(Forrest et al.)(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기상 증착(OVPD), 미국 특허 출원 번호 제10/233,470호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적절한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및, 잉크-제트 및 OVJD와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴 기와 같은 치환기는 그의 용액 가공의 처리 능력을 향상시키기 위하여 소분자에 사용될 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 것보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있는데, 비대칭 물질은 재결정화되는 경향이 낮을 수 있기 때문이다. 덴드리머 치환기는 용액 가공을 처리하는 소분자의 능력을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시양태에 의하여 제조되는 디바이스는 평판 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 옥외 조명 및/또는 시그날링을 위한 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 개인용 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지탈 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로디스플레이, 자동차, 거대 월, 극장 또는 스타디움 스크린 또는 간판을 비롯한 다양한 소비재에 투입될 수 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메카니즘을 사용하여 본 발명에 의한 디바이스를 조절할 수 있다. 다수의 디바이스는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 한다.
본원에 기재된 물질 및 구조는 OLED를 제외한 디바이스에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 기타의 광전자 디바이스, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기는 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 디바이스, 예컨대 유기 트랜지스터는 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
용어 할로, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴알킬, 헤테로시클릭 기, 아릴, 방향족 기 및 헤테로아릴은 당업계에 공지되어 있으며, 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 31-32에서 정의되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
기본 구조로서 Ir(3-Meppy)3을 사용하면, 발광 리간드 및 보조 리간드 모두에서의 상이한 알킬 치환 패턴은 물질의 가공성(증발 온도, 증발 안정성, 용해도 등) 및 Ir(2-페닐퀴놀린) 및 Ir(1-페닐이소퀴놀린) 타입 인광 물질의 디바이스 특징 및 그의 PHOLED에 대한 구조-성질 관계를 설정하기 위하여 종래에 연구하였다. 알킬 치환기는 증발 온도, 용해도, 에너지 준위, 디바이스 효율 및 좁은 발광 스펙트럼에 관하여 다양한 범위의 조정 가능성을 제공하므로 특히 중요하다. 게다가, 이들은 적절하게 적용시 디바이스 작동에서 그리고 화학적으로 안정한 작용기가 된다. 발광 리간드에서의 강한 전자 공여 또는 전자 구인 치환기는 심지어 착물의 발광 에너지를 추가로 조정할 수 있다. 매우 진한 적색 발광을 갖는 인광 발광체를 생성하고자 하는 시도로, 적색 이동 효과의 정도를 결정하기 위하여 발광 리간드에서의 다양한 전자 공여 기를 연구하였다.
본원에 제공된 화합물은 650 ㎚ 내지 700 ㎚ 범위내의 매우 진한 적색 발광을 나타낸다. 매우 진한 적색 발광은 650 ㎚ 및 700 ㎚ 사이의 발광 파장을 필요로 하는 특정한 디스플레이 적용예에 유용하다. 특히, 이들 화합물은 OLED 디스플레이 또는 매우 진한 적색 발광을 필요로 하는 기타 디스플레이에서 특히 유용할 수 있다.
본원에 개시된 화합물은 퀴놀린 또는 이소퀴놀린 부분 및 페닐 부분을 갖는 리간드, 예를 들면 (이소)pq 리간드를 포함한다. (이소)pq 리간드는 적색 발광을 제공한다. (이소)pq 리간드의 페닐 부분은 알콕시, 아릴옥시 및 아미노 기를 비롯한 전자 공여 기로 추가로 치환된다. 특정 이론으로 한정하지는 않으나, (이소)pq 리간드의 전자 공여 기로의 치환은 추가의 적색 이동을 야기하며, 그리하여 매우 진한 적색 발광을 야기하는 것으로 여겨진다.
하기 화학식 I의 화합물이 제공된다:
<화학식 I>
Figure 112018054731676-pat00011
M은 원자량이 40보다 큰 금속이다. L은 보조 리간드이다. m은 금속 M의 산화 상태이다. 바람직하게는, M은 Ir이다. n은 1 이상이다. A는 융합된 카르보시클릭 또는 융합된 헤테로시클릭 고리이다. 용합이라는 것은 A가 화합물에서 페닐 피리딘 부분의 피리딘 고리에 융합된 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 고리라는 것을 의미한다. A는 추가로 치환될 수 있다. A를 피리딘 고리에 융합시키는 것은 상기 논의된 바와 같이 (이소)pq 리간드를 생성한다. 각각의 Ra 및 Rb는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있다. 각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 2개 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴 아미노로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, L은 1가 음이온 2좌 리간드이다. 보다 바람직하게는, L은
Figure 112018054731676-pat00012
이며, Rx, Ry 및 Rz는 각각 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 가장 바람직하게는, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 카르보닐 기에 대한 α 위치보다 더 먼 위치에서 분지되어 있는 분지형 알킬 부분을 포함한다. α 위치는 작용기에 대하여 결합된 제1의 탄소를 지칭한다. 하나의 구체예에서, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 이소부틸이다. 또다른 구체예에서, Rz는 수소이다.
하나의 구체예에서, 화합물은 하기 화학식 II 및 화학식 III로 이루어진 군으로부터 선택된 화학식을 갖는다:
<화학식 II>
Figure 112018054731676-pat00013
<화학식 III>
Figure 112018054731676-pat00014
또다른 구체예에서, (이소)pq 리간드는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure 112018054731676-pat00015
Figure 112018054731676-pat00016
Figure 112018054731676-pat00017
또한, 구체적인 화합물이 제공된다. 특히 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
*
Figure 112018054731676-pat00018
하나의 구체예에서, 화합물은 약 650 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는다.
또한, 유기 발광 디바이스를 포함하는 제1의 디바이스가 제공된다. 유기 발광 디바이스는 애노드, 캐소드 및, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 더 포함한다. 유기층은 하기 화학식 I을 갖는 화합물을 포함한다:
<화학식 I>
Figure 112018054731676-pat00019
M은 원자량이 40보다 큰 금속이다. 바람직하게는, M은 Ir이다. L은 보조 리간드이다. m은 금속 M의 산화 상태이다. n은 1 이상이다. A는 상기 기재된 바와 같은 융합된 카르보시클릭 또는 융합된 헤테로시클릭 고리이다. 각각의 Ra 및 Rb는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있다. 각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 2개 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴 아미노로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, L은 1가 음이온 2좌 리간드이다. 보다 바람직하게는, L은
Figure 112018054731676-pat00020
이며, Rx, Ry 및 Rz는 각각 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 가장 바람직하게는, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 카르보닐 기에 대한 α 위치보다 더 먼 위치에서 분지되어 있는 분지형 알킬 부분을 포함한다. 하나의 구체예에서, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 이소부틸3이다. 또다른 구체예에서, Rz는 수소이다.
하나의 구체예에서, 화합물은 하기 화학식 II 및 화학식 III으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
<화학식 II>
Figure 112018054731676-pat00021
<화학식 III>
Figure 112018054731676-pat00022
또다른 구체예에서, (이소)pq는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure 112018054731676-pat00023
Figure 112018054731676-pat00024
Figure 112018054731676-pat00025
본 발명의 화합물을 포함하는 디바이스의 구체적인 예가 제공된다. 하나의 구체예에서, 화합물은 화합물 1 내지 화합물 7로 이루어진 군으로부터 선택된다:
하나의 구체예에서, 유기층은 발광층이며, 화학식 I의 화합물은 발광 도펀트이다. 또다른 구체예에서, 유기층은 호스트를 더 포함한다. 바람직하게는, 호스트는 금속 8-히드록시퀴놀레이트이다. 보다 바람직하게는, 호스트는 하기 화합물 D이다:
Figure 112018054731676-pat00026
*하나의 구체예에서, 제1의 디바이스는 소비재이다. 또다른 구체예에서, 제1의 디바이스는 유기 발광 디바이스이다.
하나의 구체예에서, 디바이스는 약 650 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 화합물을 포함한다.
또한, 여러개의 기타 실시양태가 있으나, 이들 실시양태는 덜 바람직하다.
화학식 M(Li)m(L'j)n을 갖는 화합물이 제공된다. M은 원자량이 40보다 큰 금속이다. m은 1 이상이다. n은 1 이상이다. m+n은 금속 M의 산화 상태이다. i는 1 내지 m의 값을 갖는 인덱싱 변수이다. j는 1 내지 n의 값을 갖는 인덱싱 변수이다. 각각의 L은 독립적으로 하기 화학식을 갖는다:
Figure 112018054731676-pat00027
A 및 B는 각각 독립적으로 5 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 고리이다. A-B는 고리 B에서의 sp2 혼성된 탄소 원자 및 고리 A에서 질소 원자를 통하여 금속에 배위결합된 방향족 또는 헤테로방향족 고리의 결합된 쌍을 나타낸다. 각각의 Ra 및 Rb는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있다. 각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며, 하나 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴아미노로 이루어진 군으로부터 선택된다. 각각의 L'는 독립적으로 화학식
Figure 112018054731676-pat00028
을 갖는다.
Rx, Ry, Rz는 각각 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. Rx 및 Ry 중 하나 이상은 카르보닐 기에 대한 α 위치보다 더 먼 위치에서 분지되어 있는 분지형 알킬 부분을 포함한다. 바람직하게는, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 이소부틸이다. 바람직하게는, Rz는 수소이다.
하나의 구체예에서, 화합물은 화학식
Figure 112018054731676-pat00029
을 가지며, m은 금속의 산화 상태이며, m-n은 1 이상이다.
또다른 구체예에서, 금속 M은 Ir이다.
여전히 또다른 구체예에서, 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 화학식을 갖는다.
Figure 112018054731676-pat00030
Figure 112018054731676-pat00031
하나의 구체예에서, A-B로 나타낸 방향족 또는 헤테로방향족 고리의 결합된 쌍은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure 112018054731676-pat00032
Figure 112018054731676-pat00033
Figure 112018054731676-pat00034
Figure 112018054731676-pat00035
상기 화합물의 특정한 비제한적인 예로는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 들 수 있다:
Figure 112018054731676-pat00036
Figure 112018054731676-pat00037
추가로, 유기 발광 디바이스를 포함하는 제1의 디바이스를 제공한다. 유기 발광 디바이스는 애노드, 캐소드 및, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함한다. 유기층은 화학식 M(Li)m(L'j)n을 갖는 화합물을 포함한다. M은 원자량이 40보다 큰 금속이다. 바람직하게는, 금속 M은 Ir이다. m은 1 이상이다. n은 1 이상이다. m+n은 금속 M의 산화 상태이다. i는 1 내지 m의 값을 갖는 인덱싱 변수이다. j는 1 내지 n의 값을 갖는 인덱싱 변수이다. 각각의 L은 독립적으로 화학식
Figure 112018054731676-pat00038
를 갖는다.
A 및 B는 각각 독립적으로 5 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 고리이다. A-B는 고리 B에서의 sp2 혼성된 탄소 원자 및 고리 A에서 질소 원자를 통하여 금속에 배위결합된 방향족 또는 헤테로방향족 고리의 결합된 쌍을 나타낸다. 각각의 Ra 및 Rb는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있다. 각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 하나 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴아미노로 이루어진 군으로부터 선택된다. 각각의 L'는 독립적으로 화학식
Figure 112018054731676-pat00039
을 갖는다.
Rx, Ry, Rz는 각각 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. Rx 및 Ry 중 하나 이상은 카르보닐 기에 대한 α 위치보다 더 먼 위치에서 분지되어 있는 분지형 알킬 부분을 포함한다. 바람직하게는, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 이소부틸이다. 바람직하게는, Rz는 수소이다.
화학식 M(Li)m(L'j)n을 갖는 화합물에 대하여 상기 기재된 다양한 구체적인 구체예는 또한 제1의 디바이스에 사용시 화학식 M(Li)m(L'j)n을 갖는 화합물에 적용 가능하다. 특히, 화학식 M(Li)m(L'j)n을 갖는 화합물에 대하여 상기 기재된 M, Li, L'j, m, n, j, L, A, B, A-B, Ra, Rb, Rx, Ry 및 Rz의 구체적인 구체예는 제1의 디바이스에 사용시 화학식 M(Li)m(L'j)n을 갖는 화합물에 적용 가능하다.
제1의 디바이스에 사용하기 위한 화합물의 구체적인 예가 제공된다. 하나의 구체예에서, 화합물은 하기 화합물 1 내지 화합물 11로 이루어진 군으로부터 선택된다.
하나의 구체예에서, 유기층은 발광층이며, 화학식 I의 화합물은 발광 도펀트이다. 또다른 구체예에서, 유기층은 호스트를 더 포함한다. 바람직하게는, 호스트는 금속 8-히드록시퀴놀레이트이다. 보다 바람직하게는, 호스트는 하기 화합물 D이다:
Figure 112018054731676-pat00040
하나의 구체예에서, 디바이스는 소비재이다. 또다른 구체예에서, 디바이스는 유기 발광 디바이스이다.
기타의 물질과의 조합
유기 발광 디바이스에서 특정 층에 대하여 유용한 것으로 본원에 기재된 물질은 디바이스에 존재하는 다양한 기타의 물질과의 조합에 사용될 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 발광 도펀트는 각종 호스트, 수송층, 차단층, 주입층, 전극 및 존재할 수 있는 기타의 층과 결합되어 사용될 수 있다. 하기에 기재되거나 또는 지칭된 물질은 본원에 개시된 화합물과 조합하여 유용할 수 있는 비제한적인 물질이며, 당업자 중 하나는 조합에 유용할 수 있는 기타의 물질을 확인하는 문헌을 용이하게 참조할 수 있다.
HIL/HTL:
본 발명의 실시양태에서 사용하고자 하는 정공 주입/수송 물질은 특정하게 한정되지 않으며, 화합물이 정공 주입/수송 물질로서 사용되는 한 임의의 화합물을 사용할 수 있다. 물질의 비제한적인 예로는 프탈로시아닌 또는 포르피린 유도체; 방향족 아민 유도체; 인돌로카르바졸 유도체; 플루오로탄화수소를 포함하는 중합체; 전도성 도펀트를 갖는 중합체; 전도성 중합체, 예컨대 PEDOT/PSS; 포스폰산 및 실란 유도체와 같은 화합물로부터 유도된 자체조립 단량체; 금속 산화물 유도체, 예컨대 MoOx; p-형 반도체 유기 화합물, 예컨대 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌헥사카르보니트릴; 금속 착물 및 가교성 화합물을 들 수 있다.
HIL 또는 HTL에 사용된 방향족 아민 유도체의 비제한적인 예로는 하기 화학식을 들 수 있다:
Figure 112018054731676-pat00041
각각의 Ar1 내지 Ar9는 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌, 아줄렌과 같은 방향족 탄화수소 고리형 화합물로 이루어진 군; 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤족사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 시놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 펜옥사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘과 같은 방향족 헤테로시클릭 화합물로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 고리형 기 및 방향족 헤테로시클릭 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 군이며 그리고 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 쇄 구조 단위 및 지방족 고리형 기에 서로 직접 또는 이들 중 1종 이상을 통하여 결합되는 2 내지 10개의 고리형 구조 단위로 이루어진 군으로부터 선택된다. 여기서 각각의 Ar은 수소, 중수소, 알킬, 알콕시, 아미노, 알케닐, 알키닐, 아릴알킬, 헤테로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기로 추가로 치환된다.
하나의 구체예에서, Ar1 내지 Ar9는 독립적으로
Figure 112018054731676-pat00042
로 이루어진 군으로부터 선택된다.
k는 1 내지 20의 정수이며; X1 내지 X8은 CH 또는 N이고; Ar1은 상기 정의된 바와 동일한 기를 갖는다.
HIL 또는 HTL에 사용된 금속 착물의 비제한적인 예는 하기를 들 수 있다:
Figure 112018054731676-pat00043
M은 원자량이 40보다 큰 금속이며; (Y1-Y2)는 2좌 리간드이고, Y1 및 Y2는 독립적으로 C, N, O, P 및 S로부터 선택되며; L은 보조 리간드이며; m은 1 내지 금속에 결합될 수 있는 리간드의 최대수인 정수이고; m+n은 금속에 결합될 수 있는 리간드의 최대수이다.
하나의 구체예에서, (Y1-Y2)는 2-페닐피리딘 유도체이다.
또다른 구체예에서, (Y1-Y2)는 카르벤 리간드이다.
또다른 구체예에서, M은 Ir, Pt, Os 및 Zn으로부터 선택된다.
추가의 구체예에서, 금속 착물은 약 0.6 V 미만의 용액중의 최소 산화 전위 대 Fc+/Fc 커플을 갖는다.
호스트:
본 발명의 실시양태에서 유기 EL 디바이스의 발광층은 바람직하게는 발광 물질로서 적어도 금속 착물을 포함하며, 도펀트 물질로서 금속 착물을 사용하는 호스트 물질을 포함할 수 있다. 호스트 물질의 예로는 특정하여 한정되지는 않았으나, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 호스트의 삼중항 에너지가 도펀트의 것보다 더 크기만 하다면 사용할 수 있다.
호스트로서 사용된 금속 착물의 예는 하기 화학식을 갖는 것이 바람직하다:
Figure 112018054731676-pat00044
M은 금속이고; (Y3-Y4)는 2좌 리간드이고, Y3 및 Y4는 독립적으로 C, N, O, P 및 S로부터 선택되며; L은 보조 리간드이며; m은 1 내지 금속이 결합될 수 있는 리간드의 최대수인 정수값이고; m+n은 금속에 결합될 수 있는 리간드의 최대수이다.
하나의 구체예에서, 금속 착물은
Figure 112018054731676-pat00045
Figure 112018054731676-pat00046
이다.
(O-N)은 원자 O 및 N에 배위 결합된 금속을 갖는 2좌 리간드이다.
또다른 구체예에서, M은 Ir 및 Pt로부터 선택된다.
추가의 구체예에서, (Y3-Y4)는 카르벤 리간드이다.
호스트로서 사용된 유기 화합물의 예는 방향족 탄화수소 고리형 화합물, 예컨대 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌, 아줄렌으로 이루어진 군; 방향족 헤테로시클릭 화합물, 예컨대 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤족사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 펜옥사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘으로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 고리형 기 및 방향족 헤테로시클릭 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 기이며 그리고 서로 직접 결합되거나 또는 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 쇄 구조 단위 및 지방족 고리형 기 중 1종 이상에 의하여 결합되는 2 내지 10개의 고리형 구조 단위로 이루어진 군으로부터 선택된다. 여기서 각각의 기는 수소, 중수소, 알킬, 알콕시, 아미노, 알케닐, 알키닐, 아릴알킬, 헤테로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기로 추가로 치환된다.
하나의 구체예에서, 호스트 화합물은 분자에서 하기 기 중 1종 이상을 포함한다:
Figure 112018054731676-pat00047
R1 내지 R7은 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 알콕시, 아미노, 알케닐, 알키닐, 아릴알킬, 헤테로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 아릴 또는 헤테로아릴인 경우, 전술한 Ar'와 유사한 정의를 갖는다.
k는 0 내지 20의 정수이다.
X1 내지 X8은 CH 또는 N으로부터 선택된다.
HBL:
정공 차단층(HBL)은 발광층에서 배출되는 정공 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키는데 사용될 수 있다. 디바이스에서의 이러한 차단층의 존재는 실질적으로 차단층이 결여된 유사한 디바이스에 비하여 더 높은 효율을 초래할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 소정의 부위로 방출을 한정시키는데 사용될 수 있다.
하나의 구체예에서, HBL에 사용된 화합물은 전술한 호스트로서 사용된 동일한 분자를 포함한다.
또다른 구체예에서, HBL에 사용된 화합물은 분자에서 하기의 기 중 1종 이상을 포함한다:
Figure 112018054731676-pat00048
k는 0 내지 20의 정수이고; L은 보조 리간드이고, m은 1 내지 3의 정수이다.
ETL:
전자 수송층(ETL)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층은 고유하거나(도핑되지 않음) 또는 도핑될 수 있다. 도핑은 전도율을 향상시키는데 사용될 수 있다. ETL 물질의 예는 특정하게 한정되지는 않았으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 통상적으로 전자를 수송하는데 사용되는 한 사용될 수 있다.
하나의 실시양태에서, ETL에 사용되는 화합물은 분자에서 하기 기 중 1종 이상을 포함한다:
Figure 112018054731676-pat00049
R1은 수소, 중수소, 알킬, 알콕시, 아미노, 알케닐, 알키닐, 아릴알킬, 헤테로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 아릴 또는 헤테로아릴인 경우, 전술한 Ar'와 유사한 정의를 갖는다.
Ar1 내지 Ar3은 전술한 Ar'와 유사한 정의를 갖는다.
k는 0 내지 20의 정수이다.
X1 내지 X8은 CH 또는 N으로부터 선택된다.
또다른 구체예에서, ETL에 사용된 금속 착물은 하기의 화학식을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112018054731676-pat00050
(O-N) 또는 (N-N)은 원자 O, N 또는 N,N에 배위 결합된 금속을 갖는 2좌 리간드이며; L은 보조 리간드이며; m은 1 내지 금속에 결합될 수 있는 리간드의 최대수인 정수값이다.
OLED 디바이스의 각각의 층에 사용된 임의의 전술한 화합물에서, 수소 원자는 부분적으로 또는 완전 중수소화될 수 있다.
본원에 개시된 물질 이외에 및/또는 이와 조합하여, 다수의 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 호스트 물질, 도펀트 물질, 엑시톤/정공 차단층 물질, 전자 수송 및 전자 주입 물질이 OLED에 사용될 수 있다. 본원에 개시된 물질과 조합하여 OLED에 사용될 수 있는 물질의 비제한적인 예는 하기 표 1에 제시되어 있다. 표 1은 물질의 비제한적인 유형, 각각의 유형에 대한 화합물의 비제한적인 예 및 물질을 개시하는 참고 문헌을 제시한다.
표 1
Figure 112018054731676-pat00051
Figure 112018054731676-pat00052
Figure 112018054731676-pat00053
Figure 112018054731676-pat00054
Figure 112018054731676-pat00055
Figure 112018054731676-pat00056
Figure 112018054731676-pat00057
Figure 112018054731676-pat00058
Figure 112018054731676-pat00059
Figure 112018054731676-pat00060
Figure 112018054731676-pat00061
Figure 112018054731676-pat00062
Figure 112018054731676-pat00063
Figure 112018054731676-pat00064
Figure 112018054731676-pat00065
Figure 112018054731676-pat00066
Figure 112018054731676-pat00067
Figure 112018054731676-pat00068
Figure 112018054731676-pat00069
Figure 112018054731676-pat00070
실험
화합물 실시예
일부 화합물은 하기와 같이 합성하였다:
실시예 1. 화합물 1의 합성
Figure 112018054731676-pat00071
단계 1. 2-클로로퀴놀린(9.0 g, 54.4 mmol), 3,5-디메톡시페닐보론산(9.2 g, 59.8 mmol), Pd(PPh3)4(1.8 g, 1.5 mmol), K2C03(22.4 g, 163 mmol), 1,2-디메톡시에탄(150 ㎖) 및 물(150 ㎖)을 500 ㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 반응 혼합물을 질소하에서 18 시간 동안 환류 가열하였다. 그후, 반응 혼합물을 상온으로 냉각시키고, 유기상을 수성상으로부터 분리하였다. 수성상을 에틸 아세테이트로 세정하고, 모든 유기 성분을 합하고, 무수 황산마그네슘상에서 건조시켰다. 그후, 용매를 진공하에서 제거하고, 실리카 겔 크로마토그래피(용리제로서 헥산 중의 10% 에틸 아세테이트)를 사용하여 생성물을 정제하였다. 얻은 물질을 진공 증류에 의하여 추가로 정제하여 12.2 g(95% 수율)의 생성물을 무색 오일로서 얻었다.
Figure 112018054731676-pat00072
단계 2. 단계 1로부터의 리간드(16.54 g, 71 mmol), 2-에톡시에탄올(250 ㎖) 및 물(50 ㎖)을 1 ℓ 3목 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 질소 가스로 반응 혼합물을 통해 45 분 동안 버블링시켰다. 그후, IrCl3·3H20(5.0 g, 15 mmol)를 첨가하고, 반응 혼합물을 질소하에서 17 시간 동안 환류 가열하였다. 반응 혼합물을 상온으로 냉각시켰다. 용매의 대략 절반을 회전 증발기로 제거하고, 200 ㎖의 에톡시에탄올을 반응 혼합물에 첨가하였다. 이리듐 이량체는 분리되지 않았으며, 반응 혼합물을 다음 단계에서 그 상태대로 사용하였다.
Figure 112018054731676-pat00073
단계 3. 2,8-디메틸노난-4,6-디온(28 g, 152 mmol) 및 Na2C03(16 g, 152 mmol)를 단계 2로부터의 디클로로가교된 이리듐 이량체 용액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 48 시간 동안 교반하였다. 용매를 회전 증발기로 제거하고, 미정제물을 디클로로메탄에 용해시켰다. 용액을 1 인치 두께의 실리카 겔 플러그에 통과시켜 염을 제거하였다. 용액을 제거하고, 이동상으로서 디클로로메탄 및 헥산을 사용하는 실리카 겔 크로마토그래피로 미정제물을 정제하여 8.0 g의 생성물(73.5% 수율)을 얻었다.
실시예 2. 화합물 2의 합성
Figure 112018054731676-pat00074
단계 1. 2-클로로퀴놀린(10.0 g, 61.3 mmol), 3-메톡시페닐보론산(9.2 g, 67.5 mmol), Pd(PPh3)4(1.8 g, 1.5 mmol), K2C03(22.4 g, 163 mmol), 1,2-디메톡시에탄(150 ㎖) 및 물(150 ㎖)을 500 ㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 반응 혼합물을 질소하에서 18 시간 동안 환류 가열하였다. 그후, 반응 혼합물을 상온으로 냉각시키고, 유기상을 수성상으로부터 분리하였다. 수성상을 에틸 아세테이트로 세정하고, 모든 유기 성분을 합하고, 무수 황산마그네슘상에서 건조시켰다. 그후, 용매를 진공하에서 제거하고, 실리카 겔 크로마토그래피(용리제로서 헥산 중의 10% 에틸 아세테이트)를 사용하여 생성물을 정제하였다. 얻은 물질을 진공 증류에 의하여 추가로 정제하여 13.0 g(90% 수율)의 생성물을 무색 오일로서 얻었다.
Figure 112018054731676-pat00075
단계 2. 단계 1로부터의 리간드(10.O g, 42.5 mmol), 2-에톡시에탄올(200 ㎖) 및 물(40 ㎖)을 1 ℓ 3목 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 질소 가스로 반응 혼합물을 통해 45 분 동안 버블링시켰다. 그후, IrCl2·3H20(4.0 g, 10.6 mmol)을 첨가하고, 반응 혼합물을 질소하에서 17 시간 동안 환류 가열하였다. 반응 혼합물을 상온으로 냉각하였다. 용매의 대략 절반을 회전 증발기로 제거하고, 200 ㎖의 에톡시에탄올을 반응 혼합물에 첨가하였다. 이리듐 이량체는 분리하지 않았으며, 반응 혼합물을 다음 단계에서 그 상태대로 사용하였다.
Figure 112018054731676-pat00076
단계 3. 2,8-디메틸노난-4,6-디온(20 g, 108 mmol) 및 Na2C03(11.23 g, 106 mmol)를 단계 2로부터의 디클로로가교된 이리듐 이량체 용액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 48 시간 동안 교반하였다. 용매를 회전 증발기로 제거하고, 미정제물을 디클로로메탄에 용해시켰다. 용액을 1 인치 두께의 실리카 겔 플러그에 통과시켜 염을 제거하였다. 용액을 제거하고, 이동상으로서 디클로로메탄 및 헥산을 사용하는 실리카 겔 크로마토그래피로 미정제물을 정제하여 5.0 g의 생성물(52% 수율)을 얻었다.
디바이스 실시예
모든 디바이스 실시예는 고 진공(<10-7 torr) 열 증발에 의하여 제조하였다. 애노드 전극은 1,200 Å의 산화인듐주석(ITO)이다. 캐소드는 10 Å의 LiF에 이어서 1,000 Å의 Al로 이루어진다. 모든 디바이스는 제조 직후 질소 글로브 박스(<1 ppm의 H2O 및 O2)내에서 에폭시 수지로 밀봉된 유리 뚜껑으로 캡슐화시키고, 수분 게터를 패키지의 내부에 투입하였다.
디바이스 실시예의 유기 적층체는 ITO 표면으로부터 100 Å의 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL)으로서 300 Å의 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(α-NPD), 발광층(EML)으로서 9%의 화합물 1-2로 도핑된 300 Å의 호스트(CBP 또는 화합물 D) 및 ETL로서 400 Å의 Alq3(트리스-8-히드록시퀴놀린 알루미늄)으로 순차적으로 이루어진다.
본원에서 사용한 바와 같이, 하기 화합물은 하기의 구조를 갖는다:
Figure 112018054731676-pat00077
OLED의 발광층에 특정한 발광 도펀트를 제공한다. 이들 화합물은 특히 우수한 성질을 갖는 디바이스를 생성할 수 있다. 디바이스 구조는 하기 표 2에 제시하며, 해당 디바이스 데이타는 하기 표 3에 제시한다.
표 2
Figure 112018054731676-pat00078
표 3
Figure 112018054731676-pat00079
특히, 디바이스 실시예 1 및 2는 비교예 1 및 비교예 2로부터 크게 적색 이동되었다(>40 ㎚). 이는 알킬 기에 비하여 2개의 강한 전자 공여 알콕시 기를 갖는 것이 HOMO-LUMO 갭에서의 상당한 감소를 야기하여 가시 스펙트럼의 진한 적색 부분에서의 낮은 에너지 방출을 초래한다는 것을 시사한다.
본원에 기재된 다양한 실시양태는 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범주를 한정하고자 하는 것이 아닌 것으로 이해하여야 한다. 예를 들면, 본원에 기재된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 정신으로부터 벗어남이 없이 기타의 물질 및 구조로 치환될 수 있다. 청구된 바와 같은 본 발명은 당업자에게 자명한 바와 같이 본원에 기재된 특정한 예 및 바람직한 실시양태로부터의 변형을 포함한다. 본 발명이 작동되는 이유와 관련한 다양한 이론은 제한을 의도하는 것이 아닌 것으로 이해하여야 한다.

Claims (28)

  1. 하기 화학식 II를 갖는 화합물:
    <화학식 II>
    Figure 112020051341314-pat00116

    상기 화학식에서,
    Ra는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있고;
    Rb는 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있으며;
    각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    2개 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    2개 이상의 Rb 치환기 중 하나는 이리듐과 결합하는 페닐 부분의 탄소에 대해 오르토 위치에 결합하고,
    Rx, Ry 및 Rz는 각각 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 카르보닐 기에 대한 α 위치보다 더 먼 위치에서 분지되어 있는 분지형 알킬 부분을 포함하는 것인 화합물.
  7. 제1항에 있어서, Rx 및 Ry 중 하나 이상은 이소부틸인 화합물.
  8. 제1항에 있어서, Rz는 수소인 화합물.
  9. 제1항에 있어서, (이소)pq 리간드가 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화합물:
    Figure 112020051341314-pat00117

    Figure 112020051341314-pat00118

    Figure 112020051341314-pat00106
  10. 제1항에 있어서, 화합물이 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화합물:
    Figure 112019102360107-pat00107
  11. 제1항에 있어서, 화합물이 650 ㎚ 내지 700 ㎚의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 것인 화합물.
  12. 애노드;
    캐소드;
    애노드와 캐소드 사이에 배치된, 화학식 II의 화합물을 포함하는 유기층을 포함하는 유기 발광 디바이스를 포함하는 제1의 디바이스:
    <화학식 II>
    Figure 112020051341314-pat00119

    상기 화학식에서,
    Ra는 모노, 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있고;
    Rb는 디, 트리 또는 테트라 치환을 나타낼 수 있으며;
    각각의 Ra 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    각각의 Rb 치환기는 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    2개 이상의 Rb 치환기는 알콕시, 아릴옥시, 알킬 아미노 및 아릴 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    2개 이상의 Rb 치환기 중 하나는 이리듐과 결합하는 페닐 부분의 탄소에 대해 오르토 위치에 결합하고,
    Rx, Ry 및 Rz는 각각 수소, 중수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제12항에 있어서, (이소)pq 리간드가 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 제1의 디바이스:
    Figure 112020051341314-pat00120

    Figure 112020051341314-pat00121

    Figure 112020051341314-pat00122
  21. 제12항에 있어서, 화합물이 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 제1의 디바이스:
    Figure 112019102360107-pat00115
  22. 제12항에 있어서, 유기층이 발광층이며, 화학식 II를 갖는 화합물이 발광 도펀트인 제1의 디바이스.
  23. 제22항에 있어서, 유기층이 호스트를 더 포함하는 것인 제1의 디바이스.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제12항에 있어서, 소비재인 제1의 디바이스.
  27. 제12항에 있어서, 유기 발광 디바이스인 제1의 디바이스.
  28. 삭제
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