KR102176874B1 - 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{NOVEL COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자를 위한 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
CN 102344404A
본 명세서에는 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자가 기재된다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112019018515228-pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
Ar은 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸이며,
R은 수소; 중수소; 시아노기; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
a는 1 내지 4의 정수이며,
a가 2 이상인 경우, Ar은 서로 같거나 상이하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에 기재된 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 명세서에 기재된 화합물은 정공 주입, 정공 수송, 정공 주입과 정공 수송, 전자 차단, 발광, 정공 차단, 전자 수송 또는 전자 주입 재료로 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 화합물은 전자 수용 능력이 높은 구조를 가지고 있으며, 내열성이 우수하여 유기 발광 소자 제작시 적절한 증착 온도를 유지할 수 있다. 또한, 승화 온도가 높아 승화 정제 방법으로 고순도화가 가능하며, 유기 발광 소자 제조시 증착용 성막 장치 또는 유기 발광 소자에 오염을 일으키지 않는다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공 주입층(5), 정공 수송층(6), 발광층(3), 전자 수송층(7) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은 기판(1), 양극(2), 정공 주입층(5), 정공 수송층(6), 전자 차단층(8), 발광층(3), 정공 차단층(9), 전자 주입 및 수송층(10) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서에 있어서,
Figure 112019018515228-pat00002
는 연결 부위를 의미한다.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 하이드록시기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 시클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개의 기 또는 상기 군에서 선택된 2개 이상의 기가 연결된 기로 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 기가 연결된 기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오쏘(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한"기로 해석될 수 있다. 또는, 카바졸에서 N에 치환된 치환기와 카바졸의 1번 탄소 또는 8번 탄소의 치환기가 "인접한 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiRaRbRc의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Ra, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BRdRe의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Rd 및 Re는 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 붕소기는 구체적으로 디메틸붕소기, 디에틸붕소기, t-부틸메틸붕소기, 디페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸부틸, 1-에틸부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 이소헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기는 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 기재된 알킬기, 알콕시기 및 그 외 알킬기 부분을 포함하는 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함한다.
본 명세서에 있어서, 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 40이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 40인 것이 바람직하다. 알킬아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기 또는 치환 또는 비치환된 디아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 2 이상의 아릴기를 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴아민기의 구체적인 예로는 페닐아민기, 나프틸아민기, 바이페닐아민기, 안트라세닐아민기, 3-메틸페닐아민기, 4-메틸나프틸아민기, 2-메틸비페닐아민기, 9-메틸안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노헤테로아릴아민기 또는 치환 또는 비치환된 디헤테로아릴아민기가 있다. 상기 헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기는 단환식 헤테로 고리기일 수 있고, 다환식 헤테로 고리기일 수 있다. 상기 헤테로아릴아민기는 단환식 헤테로아릴기, 다환식 헤테로아릴기, 또는 단환식 헤테로아릴기기와 다환식 헤테로아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴헤테로아릴아민기는 아릴기 및 헤테로아릴기로 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 아릴포스핀기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴포스핀기 또는 치환 또는 비치환된 디아릴포스핀기가 있다. 상기 아릴포스핀기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴포스핀기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 단환식 아릴기는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure 112019018515228-pat00003
,
Figure 112019018515228-pat00004
등의 스피로플루오레닐기,
Figure 112019018515228-pat00005
(9,9-디메틸플루오레닐기), 및
Figure 112019018515228-pat00006
(9,9-디페닐플루오레닐기) 등의 치환된 플루오레닐기가 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, P, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 1 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로고리기의 탄소수는 1 내지 30이다. 헤테로고리기의 예로는 예로는 피리디닐기, 피롤릴기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 퓨라닐기, 티오페닐기, 이미다졸릴기, 피라졸릴기, 옥사졸릴기, 이소옥사졸릴기, 티아졸릴기, 이소티아졸릴기, 트리아졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 디티아졸릴기, 테트라졸릴기, 피라닐기, 티오피라닐기, 피라지닐기, 옥사지닐기, 티아지닐기, 디옥시닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴놀릴기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 나프티리디닐기, 아크리디닐기, 크산테닐기, 페난트리디닐기, 디아자나프탈레닐기, 트리아자인데닐기, 인돌릴기, 인돌리닐기, 인돌리지닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미디닐기, 피리도피라지닐기, 피라지노피라지닐기, 벤조티아졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티오페닐기, 벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 카바졸릴기, 벤조카바졸릴기, 디벤조카바졸릴기, 인돌로카바졸릴기, 인데노카바졸릴기, 페나지닐기, 이미다조피리디닐기, 페녹사지닐기, 페난트리디닐기, 페난트롤리닐(phenanthrolinyl)기, 페노티아지닐(phenothiazinyl)기, 이미다조피리디닐기, 이미다조페난트리디닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기의 고리를 구성하는 원자수는 3 내지 25이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 헤테로고리기의 고리를 구성하는 원자수는 5 내지 17이다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 방향족인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아랄킬아민기는 아릴기와 알킬기로 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 아르알케닐기는 아릴기로 치환된 알케닐기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 아르알킬기는 아릴기로 치환된 알킬기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 알킬아릴기는 알킬기로 치환된 아릴기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기, 아르알킬기, 아르알케닐기, 아랄킬아민기, 아릴아민기, 아릴포스핀기 및 아릴헤테로아릴아민기 중의 아릴기에는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기, 알킬아릴기, 알킬아민기 및 아랄킬아민기 중의 알킬기에는 전술한 알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기 및 아릴헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기에는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다는 의미는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 지방족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 지방족 헤테로고리; 치환 또는 비치환된 방향족 헤테로고리; 또는 이들의 축합고리를 형성하는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 지방족 탄화수소고리란 방향족이 아닌 고리로서 탄소와 수소 원자로만 이루어진 고리를 의미한다. 구체적으로, 지방족 탄화수소 고리의 예로는 시클로프로판, 시클로부탄, 시클로부텐, 시클로펜탄, 시클로펜텐, 시클로헥산, 시클로헥센, 1,4-시클로헥사디엔, 시클로헵탄, 시클로헵텐, 시클로옥탄, 시클로옥텐 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 방향족 탄화수소고리란 탄소와 수소 원자로만 이루어진 방향족의 고리를 의미한다. 구체적으로, 방향족 탄화수소 고리의 예로는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 페릴렌, 플루오란텐, 트리페닐렌, 페날렌, 파이렌, 테트라센, 크라이센, 펜타센, 플루오렌, 인덴, 아세나프틸렌, 벤조플루오렌, 스피로플루오렌 등이 있으나 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 지방족 헤테로고리란 헤테로원자 중 1개 이상을 포함하는 지방족 고리를 의미한다. 구체적으로, 지방족 헤테로 고리의 예로는 옥시레인(oxirane), 테트라하이드로퓨란, 1,4-디옥세인(1,4-dioxane), 피롤리딘, 피페리딘, 모르폴린(morpholine), 옥세판, 아조케인, 티오케인 등이 있으나 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 방향족 헤테로고리란 헤테로원자 중 1개 이상을 포함하는 방향족 고리를 의미한다. 구체적으로, 방향족 헤테로 고리의 예로는 피리딘, 피롤, 피리미딘, 피리다진, 퓨란, 티오펜, 이미다졸, 피라졸, 옥사졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이소티아졸, 트리아졸, 옥사디아졸, 티아디아졸, 디티아졸, 테트라졸, 피란, 티오피란, 디아진, 옥사진, 티아진, 다이옥신, 트리아진, 테트라진, 이소퀴놀린, 퀴놀린, 퀴놀, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 아크리딘, 페난트리딘, 디아자나프탈렌, 트리아자인덴, 인돌, 인돌리진, 벤조티아졸, 벤즈옥사졸, 벤즈이미다졸, 벤조티오펜, 벤조퓨란, 디벤조티오펜, 디벤조퓨란, 카바졸, 벤조카바졸, 디벤조카바졸, 페나진, 이미다조피리딘, 페녹사진, 페난트리딘, 인돌로카바졸, 인데노카바졸 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 지방족 탄화수소고리, 방향족 탄화수소고리, 지방족 헤테로고리 및 방향족 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 삼중항 에너지(T1)는 기저 상태(ground state)의 에너지 준위와 삼중항 여기(excited) 상태의 에너지 준위의 차이 값이다.
본 명세서에 있어서 일중항 에너지(S1)는 기저 상태(ground state)의 에너지 준위와 일중항 여기(excited) 상태의 에너지 준위의 차이 값이다.
본 명세서에 있어서, 삼중항 에너지 및 일중항 에너지는 형광과 인광 측정이 가능한 분광 기기를 이용하여 측정 가능하다.
상기 삼중항 에너지는 액화 질소를 이용한 극저온 상태에서 톨루엔이나 테트라하이드로퓨란(THF)을 용매로 하여 10-5M 농도로 용액을 제조하고, 용액에 물질의 흡수 파장대의 광원을 조사하여 발광하는 스펙트럼으로부터 일중항 발광을 제외하고, 삼중항 발광 스펙트럼을 분석하여 확인할 수 있다. 광원으로부터 전자가 여기되면 전자가 삼중항 에너지 준위에 머무는 시간이 일중항 에너지 준위에 머무는 시간보다 훨씬 길기 때문에 극저온 상태에서 두 성분의 분리가 가능하다.
상기 일중항 에너지는 형광 기기를 이용하여 측정하며, 전술한 삼중항 에너지 준위 측정 방법과 달리 상온에서 광원을 조사하여 측정할 수 있다. 하기 실시예에 삼중항 에너지와 일중항 에너지의 보다 상세한 측정 방법을 기술하였다.
본 명세서에 있어서, “HOMO”는 최고 점유 분자 오비탈(the highest occupied molecular orbital)이고, “LUMO”는 최저 비점유 분자 오비탈(the lowest unoccupied molecular orbital)이다.
본 명세서에 있어서, “에너지 준위”는 에너지 크기를 의미하는 것이다. 따라서 진공 준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, 에너지 준위가 ‘크다’는 것은 진공 준위로부터 마이너스 방향으로 절대값이 커지는 것을 의미한다. 또한 본 명세서에 있어서, 에너지 준위가 ‘깊다’ 또는 ‘높다’ 등의 표현은 에너지 준위가 크다는 표현과 그 의미가 같은 것이다.
상기 HOMO 에너지 준위는 박막 표면에 UV를 조사하고, 이때 튀어나오는 전자(electron)를 검출하여 물질의 이온화 전위(ionization potential)을 측정하는 UPS(UV photoelectron spectroscopy)를 이용하여 측정하거나, 측정 대상 물질을 전해액과 함께 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep)를 통하여 산화 전위(oxidation potential)를 측정하는 CV(cyclic voltammetry)를 이용하여 측정할 수 있다.
상기 LUMO 에너지 준위는 IPES(Inverse Photoelectron Spectroscopy) 또는 전기화학적 환원 전위(electrochemical reduction potential)의 측정을 통하여 구할 수 있다. 상기 방법 이외에도, LUMO 에너지 준위는 HOMO 에너지 준위와 일중항 에너지 준위를 이용하여 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 HOMO 에너지 준위와 상기 LUMO 에너지 준위는 측정 화합물이 5mM 농도, 전해질이 0.1M 농도로 용해된 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF) 용액의 산화, 환원 전위를 페로센 화합물을 기준으로 비교하여 확인하는 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry; CV)으로 측정한 값일 수 있다. 구체적으로 본 명세서의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위는 후술하는 실시예의 에너지 준위 측정 방법으로 측정하였다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 a는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 또는 3으로 표시된다.
[화학식 2]
Figure 112019018515228-pat00007
[화학식 3]
Figure 112019018515228-pat00008
상기 화학식 2 및 3에 있어서,
Ar 및 R의 정의는 화학식 1과 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar이 치환된 인돌로카바졸일 때, 상기 인돌로카바졸의 치환기는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar은 하기 화학식 4 내지 9 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 4]
Figure 112019018515228-pat00009
[화학식 5]
Figure 112019018515228-pat00010
[화학식 6]
Figure 112019018515228-pat00011
[화학식 7]
Figure 112019018515228-pat00012
[화학식 8]
Figure 112019018515228-pat00013
[화학식 9]
Figure 112019018515228-pat00014
상기 화학식 4 내지 9에 있어서,
R1은 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 할로겐기, 시아노기, 알킬기, 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 시아노기, 할로겐기 또는 알킬기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 하기 화학식 20 내지 22 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화학식 20]
Figure 112019018515228-pat00015
[화학식 21]
Figure 112019018515228-pat00016
[화학식 22]
Figure 112019018515228-pat00017
상기 화학식 20에 있어서, R21 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐기, 시아노기 또는 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R21 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐기, 시아노기 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R21 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 플루오로기, 시아노기, 메틸기 또는 t-부틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 시아노기; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 17의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 16의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 알킬기; 할로겐기, 시아노기, 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 치환 또는 비치환된 메틸기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 메틸기; 메틸기, t-부틸기, 시아노기, 플루오로기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 나프틸기; 디메틸플루오레닐기; 디벤조퓨라닐기; 또는 디벤조티오페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 10 내지 16 중에서 선택된 어느 하나이다.
[화학식 10]
Figure 112019018515228-pat00018
[화학식 11]
Figure 112019018515228-pat00019
[화학식 12]
Figure 112019018515228-pat00020
[화학식 13]
Figure 112019018515228-pat00021
[화학식 14]
Figure 112019018515228-pat00022
[화학식 15]
Figure 112019018515228-pat00023
[화학식 16]
Figure 112019018515228-pat00024
상기 화학식 10 내지 16에 있어서,
Ar 및 a의 정의는 화학식 1과 같고,
R10은 알킬기이고,
R11 내지 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 알킬기; 할로겐기; 시아노기; 또는 아릴기이고,
X는 O 또는 S이며,
R14 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 알킬기; 또는 아릴기이거나, R14 및 R15는 각각 페닐기이고 서로 결합하여 플루오렌 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R10은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R10은 메틸기; 또는 t-부틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R11 내지 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 할로겐기; 시아노기; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R11 내지 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 메틸기; t-부틸기; 플루오로기; 시아노기; 또는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R14 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이거나, R14 및 R15는 각각 페닐기이고 서로 결합하여 플루오렌 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R14 및 R15는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 메틸기; 또는 페닐기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00025
Figure 112019018515228-pat00026
Figure 112019018515228-pat00027
Figure 112019018515228-pat00028
Figure 112019018515228-pat00029
Figure 112019018515228-pat00030
Figure 112019018515228-pat00031
Figure 112019018515228-pat00032
Figure 112019018515228-pat00033
Figure 112019018515228-pat00034
Figure 112019018515228-pat00035
Figure 112019018515228-pat00036
Figure 112019018515228-pat00037
Figure 112019018515228-pat00038
Figure 112019018515228-pat00039
Figure 112019018515228-pat00040
Figure 112019018515228-pat00041
Figure 112019018515228-pat00042
Figure 112019018515228-pat00043
Figure 112019018515228-pat00044
Figure 112019018515228-pat00045
Figure 112019018515228-pat00046
Figure 112019018515228-pat00047
Figure 112019018515228-pat00048
Figure 112019018515228-pat00049
Figure 112019018515228-pat00050
Figure 112019018515228-pat00051
본 발명에서는 상기와 같이 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위도 조절할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 지연 형광 물질이다. 지연 형광 물질은 일중항 엑시톤을 삼중항 엑시톤으로 바꾸어 빛으로 전환하는 인광 물질과 달리, 삼중항 엑시톤을 일중항 엑시톤로 바꾸어 빛으로 전환하는 물질이며, 이 과정 때문에 지연 형광 특색을 보인다. 지연 형광 물질도 이론적으로는 일중항 엑시톤과 삼중항 엑시톤을 모두 빛으로 바꿀 수 있기 때문에 100% 내부 양자 효율이 가능하여, 인광 물질이 가지고 있는 수명과 효율의 한계를 극복할 수 있다.
지연 형광(열 여기형 지연 형광이라고도 함: Thermally Activated Delayed Fluorescence: 이하, 적절히 ‘TADF’라고 약기함) 현상이란 실온 또는 발광 소자 중의 발광층 온도에서 전계 여기에 의해 발생한 75%의 삼중항 엑시톤이 일중항 엑시톤으로 역항간 교차(Reverse Intersystem Crossing: 이하, 적절히 ‘RISC’라고 약기함)가 일어나는 현상이다. 역항간 교차에 의해 발생한 일중항 엑시톤이 직접 여기에 의해 발생한 25%의 일중항 엑시톤와 마찬가지로 형광 발광하여 100%의 내부 양자 효율이 가능하다.
TADF 현상을 발현시키기 위해서는 유기 화합물의 삼중항 에너지 및 일중항 에너지의 차이(△EST)를 작게 하는 것이 유효하다. △EST를 작게 하기 위해서는, 분자 내의 최고 점유 분자 오비탈(HOMO)과 최저 비점유 분자 오비탈(LUMO)을 국재화시키는 것(명확하게 분리하는 것)이 중요하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 일중항 에너지(S1D)와 삼중항 에너지(T1D)의 차(△EST_D)는 0eV 이상 0.3eV 이하이다. 상기 화학식 1의 화합물에 있어서,
Figure 112019018515228-pat00052
는 전자 받개(electron acceptor)로 LUMO가 주로 분포하고, Ar(인돌로카바졸)은 전자 주개(electon donor)로 HOMO가 주로 분포한다. 이에, 상기 화학식 1의 화합물은 HOMO와 LUMO가 분리되어, 일중항과 삼중항의 에너지 차가 적어 역항간 교차(Reverse Intersystem Crossing)에 의해 삼중항에서 일중항으로의 엑시톤 이동이 일어나 지연 형광 특성을 가질 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 일중항 에너지(S1D)와 삼중항 에너지(T1D)의 차(△EST_D)는 0eV 이상 0.2eV 이하이다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 일중항 에너지(S1D)와 삼중항 에너지(T1D)의 차가 상기 범위를 만족하는 경우, 삼중항 에너지 준위의 엑시톤이 역항간 교차(RISC)에 의해 일중항 에너지 준위로 이동하는 비율 및 속도가 증가하여 삼중항 에너지 준위에 엑시톤이 머무는 시간이 줄어들게 되므로 유기 발광 소자의 효율 및 수명이 증가하는 이점이 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 삼중항 에너지(T1D)는 2.1eV 내지 2.8eV 이다.
일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층에 포함되며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층은 호스트를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 화학식 1로 표시되는 화합물은 도판트의 역할을 하며, 상기 화학식 1의 헤테로고리 화합물의 함량은 상기 호스트 100 중량부 대비 1 중량부 내지 50 중량부이다.
일 실시상태에 있어서, 상기 호스트의 삼중항 에너지(T1H)는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 삼중항 에너지(T1D)보다 크다.
일 실시상태에 있어서, 상기 호스트의 삼중항 에너지(T1H)는 2.4eV 내지 3.2eV 이다.
일 실시상태에 있어서, 상기 호스트의 일중항 에너지(S1H)는 2.6eV 내지 3.6eV 이다.
일 실시상태에 있어서, 상기 호스트는 하기 구조들 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명 화학식 1의 화합물의 지연 형광 특성을 발현시키기에 적합한 화합물이라면 한정되지 않고 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 호스트는 하기 화학식 31 내지 39 중 어느 하나로 표시되는 화합물이다.
[화학식 31]
Figure 112019018515228-pat00053
상기 화학식 31에 있어서,
X1은 단일결합; O; S; 또는 CRmRn이고,
Rm 및 Rn은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 알킬기; 또는 아릴기이며,
R30 및 R31은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 알킬기; 아릴기; 또는 헤테로아릴기이며,
G1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 아릴기이며,
b1은 0 내지 8의 정수이고, b2는 0 내지 8의 정수이며, b1+b2는 1 이상이며,
b1이 2 이상이면
Figure 112019018515228-pat00054
는 서로 같거나 상이하고, b2가 2 이상이면
Figure 112019018515228-pat00055
는 서로 같거나 상이하며,
m1은 0 내지 8의 정수이고, m1이 2 이상인 경우 R31은 서로 같거나 상이하며,
m2는 0 내지 8의 정수이고, m2가 2 이상인 경우 R30은 서로 같거나 상이하며,
[화학식 32]
Figure 112019018515228-pat00056
상기 화학식 32에 있어서,
X2는 O 또는 N(R32)이고,
R32는 아릴기이며,
L11은 직접결합; 또는 아릴렌기이며,
G5는 아릴기로 치환 또는 비치환된 N을 2 이상 함유하는 헤테로아릴기이며,
G6는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
[화학식 33]
Figure 112019018515228-pat00057
상기 화학식 33에 있어서,
X3는 O 또는 S이고,
L12는 직접결합; 또는 아릴렌기이고,
m3는 0 내지 3의 정수이고, m3이 2 이상이면 L12는 서로 같거나 상이하며,
G7은 아릴기이고,
G8은 시아노기로 치환 또는 비치환되고 O, S 또는 N을 포함하는 헤테로아릴기이고,
[화학식 34]
Figure 112019018515228-pat00058
상기 화학식 34에 있어서,
G9 및 G10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 시아노기로 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
c는 0 내지 8의 정수이고,
a9는 0 내지 7의 정수이고, a9가 2 이상이면 G9는 서로 같거나 상이하며,
a10은 0 내지 8의 정수이며, a10이 2 이상이면 G10은 서로 같거나 상이하며,
[화학식 35]
Figure 112019018515228-pat00059
상기 화학식 35에 있어서,
L13은 치환 또는 비치환된 b가의 아릴기; 또는 b가의 헤테로아릴기이고,
G11 및 G12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 또는 O 또는 S를 포함하는 헤테로아릴기이며,
b13은 1 내지 3의 정수이며, b13이 2 이상이면 L13은 서로 같거나 상이하며,
b는 1 또는 2이며, b가 2이면
Figure 112019018515228-pat00060
는 서로 같거나 상이하며,
[화학식 36]
Figure 112019018515228-pat00061
상기 화학식 36에 있어서,
X5 및 X6는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 N(R33), O 또는 S이고,
R33은 아릴기이며,
Y1 내지 Y4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 N; CH; 또는 C-CN이고,
L14는 직접결합; 시아노기 또는 헤테로아릴기로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 시아노기로 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이며,
b14는 0 내지 4의 정수이고, b14가 2 이상이면 L14는 서로 같거나 상이하며,
[화학식 37]
Figure 112019018515228-pat00062
상기 화학식 37에 있어서,
X7은 O 또는 S이고,
X8 및 X9 중 하나는 O 또는 S이고, 나머지 하나는 직접결합이며,
G13 및 G14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 시아노기로 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
G15는 수소; 또는 아릴기이며,
[화학식 38]
Figure 112019018515228-pat00063
상기 화학식 38에 있어서,
X10은 O 또는 S이고,
L15 및 L16은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 시아노기로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 시아노기로 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이며,
G16은 하기 화학식 a이며,
[화학식 a]
Figure 112019018515228-pat00064
상기 화학식 a에 있어서,
Y5는 CH 또는 N이며,
d는 0 내지 7의 정수이고,
G17은 수소; 아릴기; 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
b16은 1 또는 2이고, b16이 2이면 -L16-G16은 서로 같거나 상이하며,
[화학식 39]
G18-L19-G19
상기 화학식 39에 있어서,
G18은 아릴기; 또는 헤테로아릴기이고,
L19는 직접결합; 또는 아릴렌기이며,
G19는 아릴기; 또는 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G1 내지 G4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 24, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G1 내지 G4는 각각 독립적으로 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R30 및 R31은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 탄소수 6 내지 18의 아릴기; 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서 상기 R30 및 R31은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기로 치환된 벤조[4,5]-싸이에노[3,2-d]피리미디닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 b1은 0이고 m1은 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L11은 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L11은 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L11은 직접결합; 또는 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G5는 탄소수 6 내지 18의 아릴기로 치환 또는 비치환된 N을 2 이상 함유하는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G5는 탄소수 6 내지 12의 아릴기로 치환 또는 비치환된 N을 2 이상 함유하는 탄소수 2 내지 18의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G5는 페닐기 또는 바이페닐기 중 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 피리미디닐기; 페닐기 또는 바이페닐기 중 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기; 또는 페닐기 또는 바이페닐기 중 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 트리아지닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G6는 실릴기 또는 아릴기로 치환또는 비치환된 탄소수 6 내지 18의 아릴기; 또는 탄소수 2 내지 18의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G6는 실릴기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴기; 또는 탄소수 2 내지 12의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G6는 페닐기; 바이페닐기; 트리페닐실릴페닐기; 또는 디벤조퓨라닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G7은 탄소수 6 내지 24의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G7은 탄소수 6 내지 18의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G7은 페닐기; 또는 트리페닐레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L12는 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L12는 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G8은 시아노기로 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 디벤조티오페닐기; 또는 디벤조퓨라닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G9 및 G10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 2 내지 16의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G9 및 G10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 디벤조퓨라닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 c는 0 또는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L13은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 16의 b가의 아릴기; 또는 탄소수 2 내지 16의 b가의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L13은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 b가의 아릴기; 또는 탄소수 2 내지 12의 b가의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L13은 치환 또는 비치환된 b가의 페닐기; 치환 또는 비치환된 b가의 바이페닐기; b가의 디벤조퓨라닐기; 또는 b가의 피리디닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L13이 치환된 b가의 아릴기일 때,상기 b가의 아릴기의 치환기는 헤테로아릴기로 치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G11 및 G12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 시아노기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 b13은 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 b13은 2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R33은 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L14는 직접결합; O 또는 S를 포함하는 헤테로아릴기로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 시아노기로 치환 또는 비치환되고 O, S 또는 N을 포함하는 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L14는 직접결합; 디벤조퓨라닐기 또는 디벤조티오페닐기로 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 디벤조퓨라닐기 또는 디벤조티오페닐기로 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기; 시아노기로 치환 또는 비치환된 2가의 카바졸릴기; 2가의 디벤조퓨라닐기; 또는 2가의 피리디닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 b14는 0 내지 2의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G15는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G15는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G13 및 G14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 24의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G13 및 G14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 18의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G13 및 G14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 바이페닐기; 또는 터페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L15 및 L16은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기; 또는 탄소수 2 내지 12의 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L15는 직접결합; 페닐렌기; 또는 나프틸렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L16은 직접결합; 페닐렌기; 바이페닐렌기; 2가의 디벤조퓨라닐기; 또는 2가의 피리디닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G17은 수소; 시아노기로 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 디벤조퓨라닐기; 트리페닐레닐기; 또는
Figure 112019018515228-pat00065
기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 d는 0 또는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L17은 탄소수 6 내지 24의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L17은 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L17은 페닐렌기; 또는 바이페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G18은 탄소수 6 내지 18의 아릴기; 또는 탄소수 2 내지 18의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G19는 탄소수 6 내지 18의 아릴기; 또는 탄소수 2 내지 18의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L19는 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 18의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G18은 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기; 또는 트리페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L19는 직접결합; 페닐렌기; 바이페닐렌기; 또는 터페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 G19는 페닐기; 바이페닐기; 디벤조퓨라닐기; 또는 디벤조티오페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 31로 표시되는 화합물은 하기의 화합물로 표시된다.
Figure 112019018515228-pat00066
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 32로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00067
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 33으로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00068
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 34로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00069
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 35로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00070
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 36으로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00071
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 37로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00072
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 38로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00073
Figure 112019018515228-pat00074
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 39로 표시되는 화합물은 하기의 화합물들 중에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112019018515228-pat00075
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1의 화합물; 호스트; 및 형광 이미터를 포함한다. 이 경우에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물의 함량은 상기 호스트 100 중량부 대비 1 중량부 내지 50 중량부이고, 상기 형광 이미터의 함량은 상기 호스트 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 10 중량부일 수 있다.
상기 발광층이 형광 이미터를 더 포함하는 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 엑시톤 에너지를 형광 이미터로 전달하여 형광 이미터에서 발광 현상이 일어나게 되므로, 고휘도 발광이 가능하고, 구동 전압이 낮으며, 장수명 특성이 가능한 소자가 구현된다.
상기 형광 이미터로는 안트라센계 화합물, 파이렌계 화합물, 보론계 화합물과 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물의 발광 파장은 480nm 내지 560nm, 바람직하게는 520nm 내지 550nm이다.
전술한 화학식 1의 화합물은 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 반응 조건을 이용하여 제조될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 발광층 외에, 정공주 입층, 정공 버퍼층, 정공 수송층, 전자 차단층, 정공 차단층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 한 층을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 정방향 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 다른 예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 상기 화학식 1의 화합물, 즉 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다. 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 유기 발광 소자는 예컨대 하기와 같은 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
(1) 양극/정공수송층/발광층/음극
(2) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/음극
(3) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/음극
(4) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(5) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(6) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(7) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(8) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(9) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(10) 양극/ 정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/음극
(11) 양극/ 정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(12) 양극/정공주입층/정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/음극
(13) 양극/정공주입층/정공수송층/전자차단층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(14) 양극/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/음극
(15) 양극/정공수송층/발광층/ 정공차단층/전자수송층/전자주입층/음극
(16) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/음극
(17) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/전자주입층/음극
예컨대, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 내지 3에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 정공수송층(6), 발광층(3) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 발광층에 포함될 수 있다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자수송층(7) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 상기 발광층(3), 정공주입층(5), 전자수송층(7) 또는 정공수송층(6)에 포함될 수 있으나, 바람직하게는 발광층(3)에 포함된다.
도 3은 기판(1), 양극(2), 정공 주입층(5), 정공 수송층(6), 전자 차단층(8), 발광층(3), 정공 차단층(9), 전자 주입 및 수송층(10) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 정공 주입층(5), 정공 수송층(6), 전자 차단층(8), 발광층(3), 정공 차단층(9) 또는 전자 주입 및 수송층(10)에 포함될 수 있으나, 바람직하게는 발광층에 포함된다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입층은 전극으로부터 수취받은 정공을 발광층 또는 발광층쪽으로 구비된 인접한 층에 주입하는 층이다. 상기 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 엑시톤의 전자주입층 또는 전자 주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)는 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 상기 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층 또는 발광층쪽으로 구비된 인접한 층에 정공을 수송하는 층이다. 상기 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 상기 정공 수송 물질의 구체적인 예로는 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"- Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), 트라이아졸 유도체, 옥사다이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알케인 유도체, 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체, 페닐렌다이아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스타이릴안트라센 유도체, 플루오렌온 유도체, 하이드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라제인 유도체, 폴리실레인계, 아닐린계 공중합체, 도전성 고분자 올리고머(특히 싸이오펜 올리고머) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공 주입층과 정공 수송층 사이에 추가로 정공 버퍼층이 구비될 수 있다. 정공 버퍼층으로는 당기술분야에 알려져 있는 정공 주입 또는 수송 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송층과 발광층 사이에 전자 차단층이 구비될 수 있으며, 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다. 상기 전자 차단층은 발광층으로주터 전자가 양극으로 유입되는 것을 방지하고 발광층으로 유입되는 정공의 흐름을 조절하여 소자 전체의 성능을 조절하는 층이다. 상기 전자 차단 물질로는 발광층으로부터 양극으로의 전자의 유입을 방지하고, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 주입되는 정공의 흐름을 조절하는 능력을 갖는 화합물이 바람직하다. 일 실시상태에 있어서, 전자 차단층으로는 아릴아민 계열의 유기물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송층과 발광층 사이에 정공 차단층이 구비될 수 있으며, 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다. 상기 정공 차단층은 발광층으로부터 정공이 음극으로 유입되는 것을 차단하고 발광층으로 유입되는 전자를 조절하여 소자 전체의 성능을 조절하는 층이다. 정공 차단 물질로는 발광층으로부터 음극으로의 정공의 유입을 방지하고, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 주입되는 전자를 조절하는 능력을 갖는 화합물이 바람직하다. 정공 차단 물질로는 소자 내 사용되는 유기물층의 구성에 따라 적절한 물질을 사용할 수 있다. 상기 정공 차단층은 발광층과 음극 사이에 위치하며, 바람직하게는 발광층에 직접 접하여 구비된다.
전자 수송층은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, SAlq와 같은 당 기술분야에 알려진 재료가 사용될 수 있다. 상기 전자수송층의 두께는 1nm 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 전자수송층의 두께가 1nm 이상이면, 전자수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자수송층의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 전자 주입층은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq과 같은 당 기술분야에 알려져 있는 유기물이나 착체 또는 금속 화합물로 이루어질 수 있다. 전자 주입층에 사용될 수 있는 유기물은 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 벤조이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 금속 화합물로는 금속 할로겐화물이 사용될 수 있으며, 예컨대 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2 등이 사용될 수 있다. 상기 전자주입층의 두께는 1nm 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 전자 주입층의 두께가 1nm 이상이면, 전자주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자주입층의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주입층은 상기 유기물과 상기 금속 화합물을 혼합하여 형성할 수 있다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 상기 음극은 유기 발광 소자가 전면 또는 양면 발광 구조일 경우, 빛을 투과할 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성할 수 있으며, 유기 발광 소자가 배면 발광 구조일 경우, 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두껍게 형성할 수 있다.
상기 발광층과 양극 또는 음극 사이, 상기 발광층과 전하 생성층 사이에는 전술한 정공 주입층, 정공 버퍼층, 정공 수송층, 전자 차단층, 정공 차단층, 전자 수송층, 전자 주입층과 같은 1층 이상의 유기물층이 더 포함될 수 있다.
상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-하이드록시퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-하이드록시벤조퀴놀린-금속 화합물; 벤즈옥사졸, 벤조티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도판트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 파이렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 발광층의 도판트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스티릴아민 화합물, 카바졸기가 치환된 방향족 탄화수소 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 상기 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아민기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아민기를 갖는 파이렌, 안트라센, 크라이센, 페리플란텐 등을 사용할 수 있다. 상기 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환된 화합물을 사용할 수 있다. 상기 스티릴아민 화합물의 예로는 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
<제조예>
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기와 같이 할라이드가 치환된 아이소인돌린-1,3-다이온에 다양한 종류의 치환기를 버크벌드(Buchwald) 반응을 통해 도입하고, 최종적으로 할라이드에 인돌로카바졸을 도입하여 제조할 수 있다.
제조예 1-1: 화합물 1-A의 합성
Figure 112019018515228-pat00076
4-클로로아이소인돌린-1,3-다이온 30 g(165.2mmol), 소듐터트뷰톡사이드 198.2mmol, 아이오도벤젠 198.2 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1.6 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-A 38.3 g을 얻었다(수율 90%).
MS[M+H]+ = 258
제조예 1-2: 화합물 1-B의 합성
Figure 112019018515228-pat00077
4-클로로아이소인돌린-1,3-다이온 30 g(165.2mmol), 소듐터트뷰톡사이드 198.2 mmol, 1-(터트뷰틸)-4-아이오도벤젠 198.2 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1.6 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-B 45.1 g을 얻었다(수율 87%).
MS[M+H]+ = 314
제조예 1-3: 화합물 1-C의 합성
Figure 112019018515228-pat00078
4-클로로아이소인돌린-1,3-다이온 30 g(165.2mmol), 소듐터트뷰톡사이드 198.2 mmol, 4-아이오도벤조나이트릴 198.2 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1.6 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-C 39.7 g을 얻었다(수율 85%).
MS[M+H]+ = 283
제조예 1-4: 화합물 1-D의 합성
Figure 112019018515228-pat00079
4-클로로아이소인돌린-1,3-다이온 30 g(165.2mmol), 소듐터트뷰톡사이드 198.2 mmol, 2-브로모다이벤조[b,d]퓨란 198.2 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1.6 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-D 47.7 g을 얻었다(수율 83%).
MS[M+H]+ = 348
제조예 1-5: 화합물 1-E의 합성
Figure 112019018515228-pat00080
4-클로로아이소인돌린-1,3-다이온 30 g(165.2mmol), 소듐터트뷰톡사이드 198.2 mmol, 2-브로모-9,9-다이메틸-9H-플루오렌 198.2 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1.6 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-E 50 g을 얻었다(수율 81%).
MS[M+H]+ = 374
제조예 1-6: 화합물 1-F의 합성
Figure 112019018515228-pat00081
4-클로로아이소인돌린-1,3-다이온 30 g(165.2mmol), 소듐터트뷰톡사이드 198.2 mmol, 2-브로모-1,3,5-트라이플루오로벤젠 198.2 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1.6 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-F 38.6 g을 얻었다(수율 75%).
MS[M+H]+ = 312
제조예 1-7: 화합물 1-G의 합성
Figure 112019018515228-pat00082
5-클로로아이소인돌린-1,3-다이온 30 g(165.2mmol), 소듐터트뷰톡사이드 198.2 mmol, 메틸아이오다이드 198.2 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1.6 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-G 23.9 g을 얻었다(수율 74%).
MS[M+H]+ = 196
제조예 2-1: 화합물 1의 합성
Figure 112019018515228-pat00083
화합물 1-A 10 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,12-다이하이드로인돌로[3,2-a]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1 17.8 g을 얻었다(수율 83%).
MS[M+H]+ = 554
제조예 2-2: 화합물 2의 합성
Figure 112019018515228-pat00084
화합물 1-A 10 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,8-다이하이드로인돌로[2,3-c]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2 18.3 g을 얻었다(수율 85%).
MS[M+H]+ = 554
제조예 2-3: 화합물 3의 합성
Figure 112019018515228-pat00085
화합물 1-B 12.2 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,12-다이하이드로인돌로[3,2-a]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 3 19.4 g을 얻었다(수율 82%).
MS[M+H]+ = 610
제조예 2-4: 화합물 4의 합성
Figure 112019018515228-pat00086
화합물 1-B 12.2 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,8-다이하이드로인돌로[2,3-c]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 4 19.2 g을 얻었다(수율 81%).
MS[M+H]+ = 610
제조예 2-5: 화합물 5의 합성
Figure 112019018515228-pat00087
화합물 1-C 11 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,12-다이하이드로인돌로[3,2-a]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 5 18.8 g을 얻었다(수율 84%).
MS[M+H]+ = 579
제조예 2-6: 화합물 6의 합성
Figure 112019018515228-pat00088
화합물 1-C 11 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,8-다이하이드로인돌로[2,3-c]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 6 19.3 g을 얻었다(수율 86%).
MS[M+H]+ = 579
제조예 2-7: 화합물 7의 합성
Figure 112019018515228-pat00089
화합물 1-C 11 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,11-다이하이드로인돌로[3,2-b]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 7 18.2 g을 얻었다(수율 81%).
MS[M+H]+ = 579
제조예 2-8: 화합물 8의 합성
Figure 112019018515228-pat00090
화합물 1-D 13.5 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-(나프탈렌-2-일)-5,11-다이하이드로인돌로[3,2-b]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 8 21 g을 얻었다(수율 78%).
MS[M+H]+ = 694
제조예 2-9: 화합물 9의 합성
Figure 112019018515228-pat00091
화합물 1-E 14.5 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 4-(인돌로[3,2-b]카바졸-5(11H)-일)벤조나이트릴 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 9 21.6 g을 얻었다(수율 80%).
MS[M+H]+ = 695
제조예 2-8: 화합물 10의 합성
Figure 112019018515228-pat00092
화합물 1-F 12.1 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-(4-플루오로페닐)-5,7-다이하이드로인돌로[2,3-b]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 10 18.2 g을 얻었다(수율 75%).
MS[M+H]+ = 626
제조예 2-8: 화합물 11의 합성
Figure 112019018515228-pat00093
화합물 1-G 7.6 g(38.8 mmol), 소듐터트뷰톡사이드 46.6 mmol, 5-페닐-5,12-다이하이드로인돌로[3,2-a]카바졸 46.6 mmol 및 톨루엔 200 mL를 혼합하고 리플럭스하여 30분 가열하고 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.4 mmol을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물을 이용하여 추출하고 유기층을 클로로포름으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 11 14.7 g을 얻었다(수율 77%).
MS[M+H]+ = 492
상기 반응식과 동일한 반응을 이용하여 치환기 종류를 다양하게 도입하여 구체예 상의 물질들을 합성하였다.
<비교예 1>
본 실시예에 있어서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 삼중항 에너지가 2.9eV인 호스트 재료(m-CBP)와 함께 발광층에 포함하여 유기 발광 소자를 제조하고, 특성을 평가하였다.
ITO(indium tin oxide)가 1,000Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 각 박막을 진공 증착법으로 진공도 5.0 Х 10-4㎩로 적층하였다. 먼저, ITO 상에 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 (hexanitrilehexaazatriphenylene; HAT-CN)를 500Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
상기 정공 주입층 위에 정공을 수송하는 물질인 하기 화합물 4-4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB)(300Å)를 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
상기 정공 수송층 위에 막 두께 100Å으로 하기 화합물 N-([1,1'-비스페닐]-4-yl)-N-(4-(11-([1,1'-비페닐]-4-yl)-11H-벤조[a]카바졸-5-yl)페닐)-[1,1'-비페닐]-4-아민(EB1)(100Å)를 진공 증착하여 전자 차단층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자 차단층 위에 막 두께 300Å으로 아래와 같은 m-CBP와 화합물 4CzIPN을 70:30의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 막 두께 100Å으로 화합물 HB1을 진공 증착하여 정공 차단층을 형성하였다.
상기 정공 차단층 위에 화합물 ET1과 화합물 LiQ(Lithium Quinolate)를 1:1의 중량비로 진공증착하여 300Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 12Å두께로 리튬플로라이드(LiF)와 2,000Å 두께로 알루미늄을 순차적으로 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4Å/sec 내지 0.7Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플로라이드는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2×10-7torr 내지 5×10-6torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure 112019018515228-pat00094
<실험예 1 내지 11>
상기 비교예 1에서 화합물 4CzIPN 대신 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure 112019018515228-pat00095
<비교예 2 및 3>
상기 비교예 1에서 화합물 4CzIPN 대신 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure 112019018515228-pat00096
실험예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 3에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하였을 때, 하기 [표 1]의 결과를 얻었다.
구분 화합물
(발광층)		 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)
비교예 1 4CzIPN 4.4 15 (0.32, 0.62)
실험예 1 1 4.0 23 (0.23, 0.67)
실험예 2 2 4.1 22 (0.22, 0.68)
실험예 3 3 4.1 23 (0.23, 0.66)
실험예 4 4 4.0 23 (0.24, 0.67)
실험예 5 5 3.9 22 (0.23, 0.67)
실험예 6 6 3.9 23 (0.23, 0.68)
실험예 7 7 3.9 22 (0.24, 0.67)
실험예 8 8 4.1 21 (0.24, 0.66)
실험예 9 9 4.0 20 (0.23, 0.66)
실험예 10 10 4.0 21 (0.22, 0.67)
실험예 11 11 4.1 22 (0.24, 0.66)
비교예 2 T1 4.8 11 (0.21, 0.53)
비교예 3 T2 4.7 12 (0.21, 0.55)
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 상기 화학식 1의 화합물을 사용한 실험예 1 내지 11의 소자는 모두 4CzIPN을 사용한 소자보다 전압이 낮고, 효율이 올라가는 결과를 얻었다.
또한, 비교예 2 및 3의 소자와 본원 실험예를 비교해보면 카바졸이 도입된 경우보다 인돌로카바졸이 도입된 구조가 전압 및 효율 면에서 특성이 모두 향상됨을 알 수 있었다.
상기 표 1의 결과와 같이, 본 발명에 따른 화합물은 발광 능력이 우수하고 색순도가 높아 지 연형광 유기 발광 소자에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
삼중항 에너지의 측정
삼중항 에너지(T1)는 수명이 긴 삼중항 엑시톤의 특성을 이용해 극저온 상태에서 측정하였다. 구체적으로, 화합물을 톨루엔 용매에 용해하여 10-5M의 농도의 시료를 제조한 후, 상기 시료를 석영 키트에 담아 77K로 냉각시키고, 300nm 광원을 인광 측정용 시료에 조사하여 파장을 변경하면서 인광 스펙트럼을 측정한다. 스펙트럼의 측정에는 분광광도계(FP-8600 spectrophotometer, JASCO사)를 이용하였다.
인광 스펙트럼의 세로축은 인광 강도로, 가로축은 파장으로 하였다. 인광 스펙트럼의 단파장측의 상승에 대해 접선을 긋고, 그 접선과 가로축의 교점의 파장값(λedge1(nm))을 구한 후, 이 파장값을 하기 환산식 1에 대입하여 삼중항 에너지를 산출하였다.
환산식 1：T1(eV) = 1239.85/λedge1
인광 스펙트럼의 단파장측의 상승에 대한 접선은 이하와 같이 긋는다. 우선, 스펙트럼의 극대값 중 가장 단파장측의 극대값을 확인한다. 이 때, 스펙트럼의 극대 피크 강도의 15％ 이하의 피크 강도를 갖는 극대점은, 상기 서술한 가장 단파장측의 극대값에는 포함시키지 않는다. 인광 스펙트럼의 단파장측으로부터 상기 극대값까지의 스펙트럼 곡선 상의 각 점에 있어서의 접선을 생각한다. 이 접선 중 기울기 값이 제일 큰 접선(즉, 변곡점에 있어서의 접선)을 당해 인광 스펙트럼의 단파장측의 상승에 대한 접선으로 한다.
일중항 에너지의 측정
일중항 에너지(S1)는 다음의 방법으로 측정하였다.
측정 대상이 되는 화합물의 10-5M 톨루엔 용액을 조제하여 석영 셀에 넣고, 상온(300K)에서 시료의 300nm 광원의 발광 스펙트럼(세로축：발광 강도, 가로축：파장)을 측정하였다. 이 발광 스펙트럼의 단파장측의 상승에 대해 접선을 긋고, 그 접선과 가로축의 교점의 파장값(λedge2(㎚))을 하기 환산식 2에 대입하여 일중항 에너지를 산출하였다. 상기 발광 스펙트럼은 JASCO사의 분광 광도계(FP-8600 spectrophotometer)를 이용하여 측정하였다.
환산식 2：S1(eV) = 1239.85/λedge2
발광 스펙트럼의 단파장측의 상승에 대한 접선은 이하와 같이 긋는다. 우선, 스펙트럼의 극대값 중 가장 단파장측의 극대값을 확인한다. 발광 스펙트럼의 단파장측으로부터 상기 극대값까지의 스펙트럼 곡선 상의 각 점에 있어서의 접선을 생각한다. 이 접선 중 기울기 값이 제일 큰 접선(즉, 변곡점에 있어서의 접선)을 당해 발광 스펙트럼의 단파장측의 상승에 대한 접선으로 한다. 스펙트럼의 극대 피크 강도의 15％ 이하의 피크 강도를 갖는 극대점은, 상기 서술한 가장 단파장측의 극대값에는 포함시키지 않는다.
화합물 S1(eV) T1(eV) △EST(eV)
1 2.42 2.39 0.03
2 2.43 2.39 0.04
3 2.42 2.39 0.03
4 2.44 2.40 0.04
5 2.42 2.38 0.04
6 2.40 2.38 0.02
7 2.41 2.38 0.03
8 2.42 2.38 0.04
9 2.42 2.37 0.05
10 2.43 2.39 0.04
11 2.41 2.38 0.03
T1 2.54 2.38 0.16
T2 2.52 2.39 0.13
4CzIPN 2.44 2.39 0.05
본원 실시예들에 사용된 화합물 1 내지 11은 모두 △EST가 0.3eV 이하로 지연 형광 물질로 적합한 것을 알 수 있다.
비교예로 사용된 화합물 T1, T2 및 CzIPN는 △EST가 0.3eV 이하로 지연 형광 물질에 해당하나, 표 1에서 살펴본 바와 같이 화합물 1 내지 11이 전압, 효율 면에서 특성이 모두 향상됨을 알 수 있었다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실험예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공 주입층
6: 정공 수송층
7: 전자 수송층
8: 전자 차단층
9: 정공 차단층
10: 전자 주입 및 수송층

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112020075408190-pat00136

    상기 화학식 1에 있어서,
    R은 알킬기; 시아노기, 할로겐기 또는 알킬기로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 헤테로고리기이며,
    a는 1의 정수이며,
    Ar은 하기 화학식 4, 5, 8 및 9 중 어느 하나로 표시되고,
    [화학식 4]
    Figure 112020075408190-pat00137

    [화학식 5]
    Figure 112020075408190-pat00138

    [화학식 8]
    Figure 112020075408190-pat00139

    [화학식 9]
    Figure 112020075408190-pat00140

    상기 화학식 4, 5, 8 및 9에 있어서,
    R1은 시아노기, 할로겐기 또는 알킬기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조들 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 화합물:
    Figure 112020075408190-pat00141

    Figure 112020075408190-pat00142

    Figure 112020075408190-pat00143

    Figure 112020075408190-pat00144

    Figure 112020075408190-pat00145

    Figure 112020075408190-pat00146

    Figure 112020075408190-pat00147

    Figure 112020075408190-pat00148

    Figure 112020075408190-pat00149

    Figure 112020075408190-pat00150

    Figure 112020075408190-pat00151

    Figure 112020075408190-pat00152

    Figure 112020075408190-pat00153

    Figure 112020075408190-pat00154

    Figure 112020075408190-pat00155

    Figure 112020075408190-pat00156

    Figure 112020075408190-pat00157

    Figure 112020075408190-pat00158

    Figure 112020075408190-pat00159

    Figure 112020075408190-pat00160

    Figure 112020075408190-pat00161

    Figure 112020075408190-pat00162

    Figure 112020075408190-pat00163

    Figure 112020075408190-pat00164

    Figure 112020075408190-pat00165

    Figure 112020075408190-pat00166

    Figure 112020075408190-pat00167
    .
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 일중항 에너지(S1D)와 삼중항 에너지(T1D)의 차(△EST_D)는 0eV 이상 0.3eV 이하인 것인 화합물.
  7. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1, 5 및 6 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하며,
    상기 발광층은 도판트를 포함하며,
    상기 도판트는 상기 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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