KR102394907B1 - 신규 보조 리간드를 함유하는 유기 발광재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신규 보조 리간드를 함유하는 유기 발광재료를 제공하고, 이는 제공된 금속 착물에 의해 구현되며 일련의 새로운 구조의 아세틸아세토네이트계 보조 리간드를 사용한다. 유기 전계 발광소자의 발광층에서의 발광재료로 사용되는 신규 보조 리간드의 금속 착물을 포함한다. 이러한 신규 리간드는 승화특성을 변경할 수 있고, 양자 효율을 향상시키며 소자 성능을 향상시킨다. 본 발명은 전계 발광소자 및 화합물 제제를 더 제공한다.
Description
본 발명은 유기 전자소자용 화합물에 관한 것으로, 예컨대 유기 발광소자에 관한 것이다. 더 구체적으로, 신규 보조 리간드를 함유하는 금속 착물 및 해당 금속 착물을 함유하는 전계 발광소자와 화합물 제제에 관한 것이다.
유기 전자소자는, 유기 발광다이오드(OLEDs), 유기 전계효과트랜지스터(O-FETs), 유기 발광트랜지스터(OLETs), 유기 광전소자(OPVs), 염료감응형 태양전지(DSSCs), 유기 광학검출기, 유기 광수용체, 유기 전계효과소자(OFQDs), 발광 전기화학전지(LECs), 유기 레이저 다이오드 및 유기 플라즈마(plasma) 발광소자를 포함하되 이에 한정되지 않는다.
1987년, Eastman Kodak의 Tang 및 Van Slyke는, 전자 수송층 및 발광층으로서 아릴아민 정공 수송층 및 트리-8-히드록시퀴놀린-알루미늄층(tris-8-hydroxyquinoline aluminum layer)을 포함하는 2 층 유기 전계 발광소자를 보도하였다(Applied Physics Letters，1987,51(12): 913-915). 소자에 바이어스를 가하게 되면, 소자에서 녹색 빛이 방출된다. 상기 발명은 현대 유기 발광다이오드(OLEDs)의 발전에 토대를 마련하였다. 가장 선진적인 OLEDs는 전하 주입 및 수송층, 전하 및 엑시톤 차단층(exciton blocking layer), 및 캐소드(cathode)와 애노드(anode) 사이의 하나 또는 복수의 발광층과 같은 복수의 층을 포함할 수 있다. OLEDs는 자가발광 고체소자이기 때문에, 디스플레이 및 조명 응용에 엄청난 잠재력을 제공해준다. 또한, 유기 자재의 고유특성(예를 들어 이들의 가요성)은 이들이 특수한 응용(예를 들어 가요성 기판상에서의 제조)에 적합하도록 한다.
OLED는 이의 발광 메커니즘에 따라 세 가지의 다른 유형으로 분류될 수 있다. Tang과 Van Slyke가 발명한 OLED는 형광 OLED이다. 이는 일중항 상태(singlet state) 발광만 사용한다. 소자에서 생성된 삼중항 상태(triplet state)는 비방사성 감쇠채널을 통해 낭비된다. 따라서, 형광 OLED의 내부 양자 효율(IQE)은 25%에 불과하다. 이러한 한정은 OLED의 상업화를 방해한다. 1997년, Forrest와 Thompson은, 착물을 함유하는 중금속으로부터의 삼중항 상태 발광을 발광체로 사용하는 인광 OLED를 리포트하였다. 따라서, 일중항 상태와 삼중항 상태를 획득할 수 있어 100%의 IQE를 달성할 수 있다. 이의 효율이 높기 때문에, 인광 OLED의 발견 및 발전은 액티브 매트릭스 OLED(AMOLED)의 상업화에 직접적인 공헌을 하였다. 최근에, Adachi는 유기 화합물의 열활성화지연형광(TADF)을 통해 고효율을 달성하였다. 이러한 발광체는 엑시톤(exciton)이 삼중항 상태에서 일중항 상태로 돌아갈 수 있도록 작은 일중항-삼중항 상태의 간격(gap)을 구비한다. TADF 소자에서, 삼중항 상태 엑시톤(triplet exciton)은 역항간교차(inverse intersystem crossing)를 통해 일중항 상태 엑시톤을 생성할 수 있어 높은 IQE를 달성할 수 있다.
OLEDs는 또한 사용되는 재료의 형태에 따라 저분자 및 고분자 OLED로 나눌 수 있다. 저분자는 고분자가 아닌 임의의 유기 또는 유기 금속재료를 지칭한다. 정확한 구조를 구비한다면 저분자의 분자량은 매우 클 수 있다. 명확한 구조를 구비하는 덴드리틱 고분자(dendritic polymer)는 소분자로 간주된다. 고분자 OLED는 공액 고분자(conjugated polymer) 및 펜던트 발광기(pendant emitting groups)를 구비하는 비공액 고분자를 포함한다. 제조과정에 포스트중합(post polymerization)이 발생하면, 저분자 OLED는 고분자 OLED로 변할 수 있다.
이미 다양한 OLED 제조방법이 존재한다. 저분자 OLED는 통상적으로 진공 열증착(vacuum thermal evaporation)을 통해 제조된다. 고분자 OLED는 용액공정, 예를 들어 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅 및 노즐 프린팅에 의해 제조된다. 재료가 용매에 용해되거나 분산될 수 있으면 저분자 OLED도 용액공정에 의해 제조될 수 있다.
OLED의 발광색은 발광재료 구조설계에 의해 실현될 수 있다. OLED는 원하는 스펙트럼을 실현할 수 있도록 하나의 발광층 또는 복수의 발광층을 포함할 수 있다. 녹색, 황색 및 적색 OLED, 인광재료는 이미 상업화를 성공적으로 실현하였다. 청색 인광소자는 여전히 청색 불포화, 짧은 소자수명 및 높은 작동전압 등 문제가 존재한다. 상업용 풀 컬러 OLED 디스플레이는 통상적으로 청색 형광과, 인광 황색 또는 적색과 녹색을 사용하는 혼합전략을 사용한다. 현재, 인광 OLED의 효율이 고휘도의 경우에 급격히 감소되는 문제가 여전히 존재한다. 이 외, 보다 포화된 발광 스펙트럼, 더 높은 효율 및 더 긴 소자수명을 구비하는 것이 요구된다.
인광 재료의 보조 리간드는 광 파장의 미세 조정, 승화 성능의 개선 및 재료의 효율에 사용될 수 있다. 통상적인 보조 리간드, 예를 들어 아세틸아세토네이트계의 리간드(acetylacetonate type ligand), 특히는 분지형 알킬 측쇄를 함유하는 아세틸아세토네이트계 리간드는, 상술한 바와 같은 성능의 제어에 일부 효과를 달성하였으나, 해당 성능은 나날이 증가하는 성능 요구를 충족시킬 수 있도록 더 한층 향상되어야 하며, 특히 더욱 효율적인 광 파장 제어수단 및 재료의 양자 효율을 향상시키는 방법을 제공해야 한다. 본 발명은 새로운 구조의 보조 리간드를 제공하며, 이러한 신규 리간드는 이미 보도된 보조 리간드에 비해 더욱 효율적으로 승화 성능을 개선하고 양자 효율을 향상할 수 있다.
본 발명은 일련의 새로운 구조의 아세틸아세토네이트계 보조 리간드(acetylacetonate type ancillary ligand)를 제공하여 적어도 상기 과제의 일부를 해결하는 것을 목적으로 한다. 이러한 리간드를 금속 착물에 결합시킴으로써, 전계 발광소자의 발광층에서 발광재료로 사용될 수 있다. 이러한 신규 리간드는 승화 특성을 변경하고 양자 효율을 향상시키며 소자 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 아래 화학식 1로 표시된 리간드 La를 함유하는 금속 착물이 제공된다:
여기서, R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨(deuterium), 할로겐, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자(ring carbon atoms)를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기(cycloalkyl group), 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로알킬기, 7~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아랄킬기, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알콕시기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 2~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알케닐기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기, 3~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 3~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬실릴기(alkylsilyl group), 6~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴실릴기(arylsilyl group), 0~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아미노기, 아실기, 카르보닐기, 카르복실산기, 에스테르기, 니트릴기, 이소니트릴기, 티올기(thiol group), 술피닐기, 술포닐기, 포스피노기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며;
2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리 또는 융합 구조(fused structure)를 형성할 수 있고;
여기서, R1, R2 및 R3으로 조합된 군 및 R4, R5 및 R6으로 조합된 군에서, 적어도 하나의 군은 3 개의 동일하거나 상이한 치환기이며;
여기서, 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기는 각각 적어도 하나의 탄소원자를 함유하며;
여기서, 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기에서, 적어도 하나의 치환기는 적어도 2 개의 탄소원자를 함유한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 양극, 음극과, 음극 및 양극 사이에 배치된 유기층을 포함하는 전계 발광소자를 더 개시하며, 상기 유기층은 상기 화학식 1로 표시된 리간드 La를 함유하는 금속 착물을 포함한다.
여기서, R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨, 할로겐, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자(ring carbon atoms)를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기(cycloalkyl group), 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로알킬기, 7~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아랄킬기, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알콕시기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 2~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알케닐기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기, 3~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 3~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬실릴기, 6~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴실릴기, 0~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아미노기, 아실기, 카르보닐기, 카르복실산기, 에스테르기, 니트릴기, 이소니트릴기, 티올기(thiol group), 술피닐기, 술포닐기, 포스피노기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며;
2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리 또는 융합 구조를 형성할 수 있고;
여기서, R1, R2 및 R3으로 조합된 군 및 R4, R5 및 R6으로 조합된 군에서, 적어도 하나의 군은 3 개의 동일하거나 상이한 치환기이며;
여기서, 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기는 각각 적어도 하나의 탄소원자를 함유하며;
여기서, 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기에서, 적어도 하나의 치환기는 적어도 2 개의 탄소원자를 함유한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속 착물을 함유하는 화합물 제제가 더 제공되고, 상기 금속 착물은 상기 화학식 1로 표시된 리간드 La를 함유한다.
본 발명에 개시된 신규 보조 리간드를 함유하는 금속 착물은 전계 발광소자의 발광층에서의 발광재료로 사용될 수 있다. 이러한 새로운 리간드는 발광재료의 승화 특성을 변경하고 양자 효율을 향상시키며 소자 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 의해 제공되는 리간드, 금속 착물 또는 화합물 제제를 함유할 수 있는 유기 발광장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 의해 제공되는 리간드, 금속 착물 또는 화합물 제제를 함유할 수 있는 또 다른 유기 발광장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 의해 제공되는 바와 같은 리간드 화합물 La을 나타낸 구조식 1이다.
도 2는 본 발명의 의해 제공되는 리간드, 금속 착물 또는 화합물 제제를 함유할 수 있는 또 다른 유기 발광장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 의해 제공되는 바와 같은 리간드 화합물 La을 나타낸 구조식 1이다.
OLED는 여러 종류의 기판(예를 들어, 유리, 플라스틱 및 금속)상에서 제조될 수 있다. 도 1은 유기 발광장치(100)를 개략적으로 비 한정적으로 나타낸다. 도면은 반드시 비율에 따라 그려진 것이 아니며, 도면에서의 일부 층구조는 필요에 따라 생략될 수도 있다. 장치(100)는 기판(101), 양극(110), 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 전자 차단층(140), 발광층(150), 정공 차단층(160), 전자 수송층(170), 전자 주입층(180) 및 음극(190)을 포함할 수있다. 장치(100)는 설명된 층들을 순차적으로 증착하여 제조될 수 있다. 각 층의 성질과 기능 및 예시적인 재료는 미국 특허 US7,279,704B2 세로단 6-10에서 더 구체적으로 설명하였으며, 상기 특허의 전체 내용은 본 출원에 인용되어 결합된다.
이러한 층에서의 각 층은 더 많은 예시를 구비한다. 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허 제5,844,363호에 개시된 유연하고 투명한 기판-애노드 조합을 예로 들 수 있다. p-도핑된 정공 수송층의 예시로는, 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허출원 공개번호 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이 50:1의 몰비로 F4 -TCNQ가 도핑된 m-MTDATA이다. 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허 제6,303,238호(Thompson 등)에서는 호스트 재료(host material)의 예시를 개시하였다. n-도핑된 전자 수송층의 예시로는, 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허출원 공개번호 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이 1:1의 몰비로 Li가 도핑된 BPhen이다. 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에서는 음극의 예시를 개시하였으며, 이는 Mg:Ag와 같은 금속 박층, 오버라잉(overlying)된 투명하고 전도성을 가지며 스퍼터 증착(sputter-deposited)된 ITO층을 가지는 복합 음극을 포함한다. 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허 제6,097,147호 및 미국특허출원 공개번호 제2003/0230980호에서는 차단층의 원리 및 사용에 대해 더 구체적으로 설명하였다. 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허출원 공개번호 제2004/0174116호에서는 주입층의 예시를 제공하였다. 전문을 인용하는 방식으로 결합된 미국특허출원 공개번호 제2004/0174116호에서 보호층에 대한 설명을 찾을 수 있다.
비 한정적인 실시예를 통해 상기 계층구조를 제공한다. OLED의 기능은 상술한 여러 종류의 층을 조합함으로써 구현할 수 있고, 또는 일부 층을 완전히 생략할 수 있다. 이는 명확하게 설명되지 않은 다른 층을 더 포함할 수 있다. 각 층 내에는 단일 재료 또는 여러 종류의 재료의 혼합물을 사용함으로써 최적의 성능을 구현할 수 있다. 임의의 기능층은 여러 개의 서브 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층은 원하는 발광 스펙트럼을 구현할 수 있도록 2 층의 서로 다른 발광재료를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, OLED는 음극과 양극 사이에 배치된 "유기층"을 구비하는 것으로 설명될 수 있다. 해당 유기층은 하나 또는 복수의 층을 포함할 수 있다.
OLED도 캡슐화층이 필요하며, 도 2에서는 유기 발광장치(200)를 개략적, 비한정적으로 도시하였다. 이와 도 1의 차이점은, 음극(190) 위에는 환경으로부터 유해물질(예를 들어, 수분 및 산소)을 방지하도록 캡슐화층(Encapsulation layer)(102)을 더 포함하는 것이다. 캡슐화 기능을 제공할 수 있는 임의의 재료는 모두 캡슐화층(예를 들어, 유리 또는 유기-무기 혼합층)으로 사용될 수 있다. 캡슐화층은 OLED소자의 외부에 직접적 또는 간접적으로 배치되어야 한다. 다중박막 캡슐화는 미국특허 US7,968,146B2에서 기술되었으며, 그 전체 내용은 본 출원에 인용되어 결합된다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 소자는 해당 소자의 하나 또는 복수의 전자부재모듈(또는 유닛)을 구비하는 여러 종류의 소비재에 통합될 수 있다. 이러한 소비재의 일부 예시는 평판 디스플레이, 모니터, 의료 모니터, 텔레비전, 광고판, 실내 또는 실외용 조명등 및/또는 신호등, 헤드업 디스플레이(head-up display), 전체적으로 투명하거나 부분적으로 투명한 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 스마트폰, 태블릿, 태블릿 폰, 웨어러블 장치(wearable device), 스마트 시계, 랩톱 컴퓨터(laptop computer), 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더(viewfinder), 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 차량 디스플레이 및 후미등을 포함한다.
본문에 기재된 재료 및 구조는 상기에 열거된 다른 유기 전자소자에 사용될 수도 있다.
본문에 사용된 "상단"은 기판과 가장 멀리 위치함을 의미하고, "하단"은 기판과 가장 가깝게 위치함을 의미한다. 제1 층이 제2 층 "상"에 "배치"된다고 설명되는 경우, 제1 층은 기판과 비교적 멀리 위치하도록 배치된다. 제1 층 "및" 제2 층이 "접촉"한다고 규정되지 않는 한, 제1 층과 제2 층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 음극과 양극 사이에 여러 종류의 유기층이 존재하더라도 여전히 음극이 양극 "상"에 "배치"된다고 설명할 수 있다.
본문에 사용된 "용액 처리 가능"은, 용액 또는 현탁액의 형태로 액체 매질에서 용해, 분산 또는 수송될 수 있음 및/또는 액체 매질로부터 침전될 수 있음을 의미한다.
리간드가 발광재료의 감광성능에 직접적으로 작용한다고 사료되는 경우, 리간드는 "감광성 리간드"라 할 수 있다. 리간드가 발광재료의 감광성능에 작용하지 않는다고 사료되는 경우, 리간드는 "보조 리간드"라 할 수 있는데, 보조 리간드는 감광성 리간드의 성질을 변경할 수 있다.
형광 OLED의 내부 양자 효율(IQE)은 지연 형광을 통해 25%의 스핀 통계(spin statistics) 한계를 초과할 수 있는 것으로 여겨진다. 지연 형광은 일반적으로 두 가지 유형, 즉 P형 지연 형광 및 E형 지연 형광으로 나뉠 수 있다. P형 지연 형광은 삼중항-삼중항 소멸(TTA)에 의해 생성된다.
다른 측면으로, E형 지연 형광은 2 개의 삼중항 상태의 충돌에 의존하지 않고 삼중항 상태와 일중항 여기상태(singlet-excited state) 사이의 전이에 의존한다. E형 지연 형광을 생성할 수 있는 화합물은 에너지 상태 간의 전환을 진행할 수 있도록 매우 작은 일중항-삼중항 갭(gap)을 구비해야 한다. 열에너지는 삼중항 상태에서 일중항 상태로의 전이(transition)를 활성화할 수 있다. 이러한 유형의 지연 형광은 또한 열활성 지연 형광(TADF)이라 한다. TADF의 현저한 특징으로는 지연요소는 온도가 높아짐에 따라 증가하는 것이다. 역계간교차(reverse intersystem crossing)(RISC)의 속도가 충분히 빨라 삼중항 상태에 의한 비방사성감쇠를 최소화한다면, 백필링(back-filling)된 일중항 여기상태의 비율은 75%에 도달할 수 있다. 일중항 상태의 총 비율은 100%일 수 있으며 이는 전계가 생성한 엑시톤의 스핀 통계의 25%를 훨씬 초과한다.
E형 지연 형광의 특징은 들뜬 복합체(exciplex system) 시스템 또는 단일 화합물에서 발견될 수 있다. 이론에 구속되지 안고, E형 지연 형광은 발광재료가 일중항-삼중항의 작은 에너지 갭(energy gap)(ΔES-T)을 구비해야 한다고 여겨진다. 비금속을 함유하는 유기 공예체-수용체 발광재료는 이러한 특징을 실현할 가능성이 있다. 이러한 물질의 방출은 일반적으로 공예체-수용체 전하이동(CT)형 방출로 표징된다. 이러한 공예체-수용체형 화합물에서 HOMO와 LUMO의 공간적 분리는 일반적으로 작은 ΔES-T을 생성한다. 이러한 상태는 CT 상태를 포함할 수 있다. 일반적으로, 공예체-수용체 발광재료는 전자 공예체부분(예를 들어, 아미노기 또는 카바졸 유도체)과 전자 수용체부분(예를 들어, N을 함유하는 6원 방향족고리)을 연결함으로써 구성된다.
치환기 용어의 정의에 관하여,
할로겐 또는 할로젠화물-은 본문에 사용된 바와 같이 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함한다.
알킬기는 직쇄형 알킬기 및 분지형 알킬기를 포함한다. 알킬기의 예시는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 2차부틸기(Sec-butyl), 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, n-운데실기, n-도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n- 펜타데실기, n-헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, 네오펜틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 1-펜틸헥실기, 1-부틸펜틸기, 1-헵틸옥틸기, 3-메틸펜틸기를 포함한다. 또한, 알킬기는 임의로 치환될 수 있다. 알킬기 사슬에서의 탄소는 기타 헤테로원자에 의해 치환될 수 있다. 상기에서, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 2차부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기 및 네오펜틸기가 바람직하다.
시클로알킬기는 본문에 사용된 바와 같이 고리형 알킬기를 포함한다. 바람직한 시클로알킬기는 4~10 개의 고리탄소원자를 함유하는 시클로알킬기이며, 이는 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4,4-디메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보르닐기(1-norbornyl), 2- 노르보르닐기 등을 포함한다. 또한, 시클로알킬기는 임의로 치환될 수 있다. 고리에서의 탄소는 기타 헤테로원자에 의해 치환될 수 있다.
알케닐기는 본문에 사용된 바와 같이 직쇄형 올레핀기 및 분지형 올레핀기를 포함한다. 바람직한 알케닐기는 2~15 개의 탄소원자를 함유하는 알케닐기이다. 알케닐기의 예시는 비닐기, 알릴기, 1-부테닐기, 2-부테닐기, 3-부테닐기, 1,3-부타디에닐기(1,3-butadienyl), 1-메틸비닐기, 스티릴기, 2,2-디페닐비닐기, 1,2-디페닐비닐기, 1-메틸알릴기, 1,1-디메틸알릴기, 2-메틸알릴기, 1-페닐알릴기, 2-페닐알릴기, 3-페닐알릴기, 3,3-디페닐알릴기, 1,2-디메틸알릴기, 1-페닐-1-부테닐기 및 3-페닐-1-부테닐기를 포함한다. 또한, 알케닐기는 임의로 치환될 수 있다.
알키닐기는 본문에 사용된 바와 같이 직쇄형 알키닐기 및 분지형 알키닐기를 포함한다. 바람직한 알키닐기는 2~15 개의 탄소원자를 함유하는 알키닐기이다. 또한, 알키닐기는 임의로 치환될 수 있다.
아릴기 또는 방향족기는 본문에 사용된 바와 같이 융합 시스템(condensed systems)과 비융합 시스템이 고려된다. 바람직한 아릴기는 6~60 개의 탄소원자를 함유하는 아릴기이고, 더 바람직하게는 6~20 개의 탄소원자를 함유하는 아릴기이며, 보다 더 바람직하게는 6~12 개의 탄소원자를 함유하는 아릴기이다. 아릴기의 예시는 페닐기, 비페닐, 터페닐, 트리페닐렌(triphenylene), 테트라페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌(phenalene), 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센(chrysene), 페릴렌(perylene) 및 아줄렌(azulene)을 포함하고, 바람직하게는 페닐기, 비페닐, 터페닐, 트리페닐렌, 플루오렌 및 나트탈렌을 포함한다. 또한, 아릴기는 임의로 치환될 수 있다. 비융합 아릴기의 예시는 페닐기, 비페닐-2-일기(biphenyl-2-yl group), 비페닐-3-일기, 비페닐-4-일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 4'-메틸비페닐릴기, 4''-터트부틸기-p-터페닐-4-일기, o-쿠메닐기(o-cumenyl), m-쿠메닐기, p-쿠메닐기, 2,3-크실릴기, 3,4-크실릴기, 2,5-크실릴기, 메시틸기(mesityl group) 및 m-쿼테르페닐기(m-quaterphenyl)를 포함한다.
헤테로시클릭기 또는 헤테로시클릴은 본문에 사용된 바와 같이 방향족 고리형 그룹 및 비방향족 고리형 그룹이 고려된다. 헤테로방향족기는 또한 헤테로아릴기를 의미한다. 바람직한 비방향족헤테로시클릭기는 3~7 개의 고리원자를 함유하는 것으로, 질소, 산소 및 황과 같은 적어도 하나의 헤테로원자를 포함한다. 헤테로시클릭기는 질소원자, 산소원자, 황원자 및 셀레늄원자에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 구비하는 방향족헤테로시클릭기일 수 있다.
헤테로아릴기는 본문에 사용된 바와 같이, 1~5 개의 헤테로원자를 함유할 수 있는 비융합 및 융합된 헤테로방향족 그룹이 고려된다. 바람직한 헤테로아릴기는 3~30 개의 탄소원자를 함유하는 헤테로아릴기이고, 더 바람직하게는 3~20 개의 탄소원자를 함유하는 헤테로아릴기이며, 보다 더 바람직하게는 3~12 개의 탄소원자를 함유하는 헤테로아릴기이다. 적합한 헤테로아릴기는 디벤조티오펜(dibenzothiophene), 디벤조푸란(dibenzofuran), 디벤조셀레노펜(dibenzoselenophene), 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜(benzoselenophene), 카바졸(carbazole), 인돌로카르바졸(indolocarbazole), 피리딘인돌로(pyridine indole), 피롤로피리딘(Pyrrolopyridine), 피라졸, 이미다졸, 트리아졸(Triazole), 옥사졸(oxazole), 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진(pyridazine), 피리미딘, 피라진(pyrazine), 트리아진(triazine), 옥사진(oxazine), 옥사티아진(oxathiazine), 옥사디아진(oxadiazine), 인돌(Indole), 벤즈이미다졸(benzimidazole), 인다졸, 인독사진(indoxazine), 벤조옥사졸, 벤지스옥사졸(benzisoxazole), 벤조티아졸, 퀴놀린(quinoline), 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진(phthalazine), 프테리딘(pteridine), 크산텐(xanthene), 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 벤조티에노피리딘(benzothienopyridine), 티에노디피리딘(thienodipyridine), 벤조푸라노피리딘(Benzofuranopyridine), 푸라노디피리딘(Furanodipyridine), 벤조셀레노페노피리딘(benzoselenophenopyridine), 셀레노페노디피리딘(selenophenodipyridine)을 포함하고, 바람직하게는 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 카바졸, 인돌로카르바졸, 이미다졸, 피리딘, 트리아진, 벤즈이미다졸, 1,2-아자보란(1,2-azaborane), 1,3-아자보란, 1,4- 아자보란, 보라진(borazine) 및 이들의 아자 유사체를 포함한다. 또한, 헤테로아릴기는 임의로 치환될 수 있다.
알콕시기는 -O-알킬기로 표시된다. 알킬기의 예시와 바람직한 예시는 상술한 바와 같다. 1~20 개의 탄소원자를 구비하고 바람직하게는 1~6 개의 탄소원자를 구비하는 알콕시기의 예시는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜틸옥시기 및 헥실옥시기를 포함한다. 3 개 이상의 탄소원자를 구비하는 알콕시기는 직쇄형, 고리형 또는 분지형일 수 있다.
아릴옥시기-는 -O-아릴기 또는 -O-헤테로아릴기로 표시된다. 아릴기 및 헤테로아릴기의 예시와 바람직한 예시는 상술한 바와 같다. 6~40 개의 탄소원자를 구비하는 아릴옥시기의 예시는 페녹시기 및 비페닐옥시기를 포함한다.
아랄킬기(Arylalkyl group)는 본문에 사용된 바와 같이 아릴치환기를 구비하는 알킬기이다. 또한, 아랄킬기는 임의로 치환될 수 있다. 아랄킬기의 예시는 벤질기, 1-페닐에틸기, 2-페닐에틸기, 1-페닐이소프로필기, 2-페닐이소프로필기, 페닐t-부틸기, α-나프틸메틸기, 1-α-나프틸-에틸기, 2-α-나프틸에틸기, 1-α-나프틸이소프로필기, 2-α-나프틸이소프로필기, β-나프틸메틸기, 1-β-나프틸-에틸기, 2-β-나프틸-에틸기, 1-β-나프틸이소프로필기, 2-β-나프틸이소프로필기, p-메틸벤질기, m-메틸벤질기, o-메틸벤질기, p-클로로벤질기(p-chlorobenzyl), m-클로로벤질기, o-클로로벤질기, p-브로모벤질기(p-bromobenzyl), m-브로모벤질기, o-브로모벤질기, p-요오드벤질기(p-iodobenzyl), m-요오드벤질기, o-요오드벤질기, p-하이드록시벤질기(p-hydroxybenzyl), m-하이드록시벤질기, o-하이드록시벤질기, p-아미노벤질기, m-아미노벤질기, o-아미노벤질기, p-니트로벤질기, m-니트로벤질기, o-니트로벤질기, p-시아노벤질기, m-시아노벤질기, o-시아노벤질기, 1-하이드록시-2-페닐이소프로필기 및 1-클로로-2-페닐이소프로필기를 포함한다. 상기에서, 벤질기, p-시아노벤질기, m-시아노벤질기, o-시아노벤질기, 1-페닐에틸기, 2-페닐에틸기, 1-페닐이소프로필기 및 2-페닐이소프로필기가 바람직하다.
아자디벤조푸란(azadibenzofuran), 아자-디벤조티오펜 등에서의 용어 "아자"는 상응하는 방향족 단편에서의 하나 또는 복수의 C-H 그룹이 질소원자로 대체됨을 의미한다. 예를 들어, 아자트리페닐렌(azatriphenylene)은 디벤조[f, h]퀴녹살린, 디벤조[f, h]퀴놀린 및 고리계에 2 개 또는 그 이상의 질소를 갖는 기타 유사체를 포함한다. 본 분야 당업자는 상술한 아자 유도체의 기타 질소 유사체를 쉽게 생각해낼 수 있으며, 이러한 모든 유사체는 본문에 기재된 용어에 포함되는 것으로 확정된다.
알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기(alkenyl), 알키닐기, 아랄킬기, 헤테로시클릭기, 아릴기 및 헤테로아릴기는 비치환될 수 있거나, 듀테륨(deuterium), 할로겐, 알킬기, 시클로알킬기, 아랄킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 아미노기, 고리형 아미노기, 실릴기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 헤테로알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아실기(acyl), 카르보닐기, 카르복실산기(carboxylic acid group), 에테르기, 에스테르기, 니트릴기, 이소니트릴기, 티오알킬기(Thioalkyl group), 설피닐(sulfinyl), 설포닐(sulfonyl), 포스피노기(phosphino) 및 이들의 조합에서 선택된 하나 또는 복수 개로 치환될 수 있다.
이해해야 할 것은, 분자 단편이 치환기로 설명되거나 기타 형태로 기타 부분에 연결되는 경우, 그것이 단편(예를 들어, 페닐기, 페닐렌기, 나프틸기, 디벤조푸란기)인지 또는 그것이 전체 분자(예를 들어, 벤젠, 나프탈렌(naphthalene), 디벤조푸란)인지에 따라 명명된다. 본문에 사용된 바와 같이, 치환기 또는 단편연결을 지정하는 이러한 상이한 방식은 동일한 것으로 간주한다.
본 출원에 언급된 화합물에서, 수소원자는 부분적 또는 전체적으로 듀테륨으로 대체될 수 있다. 탄소 및 질소와 같은 다른 원소도 이들의 기타 안정적인 동위원소로 대체될 수 있다. 이는 소자의 효율 및 안정성을 향상시키므로, 화합물에서 기타 안정적인 동위원소를 대체하는 것은 바람직할 수 있다.
본 출원에 언급된 화합물에서, 다중치환은 이중치환을 포함한 최대 사용가능한 치환까지의 범위를 나타낸다. 본 출원에서 언급된 화합물에서, 어느 치환기가 다중치환(이치환, 삼치환, 사치환 등을 포함)을 나타낼 경우, 해당 치환기가 그 연결 구조에서의 복수의 사용가능한 치환 위치에 존재할 수 있음을 나타내고, 복수의 사용가능한 치환 위치에 존재하는 치환기는 동일한 구조일 수 있고 부동한 구조일 수도 있다.
본 출원에 언급된 화합물에서, 2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리를 형성할 수 있다는 표현의 의도는, 두 그룹이 화학결합에 의해 서로 연결되었음을 간주하려는 것이다. 이는 하기 도면을 통해 예시된다:
또한, 2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리를 형성할 수 있다는 표현의 의도는, 두 그룹 중 하나가 수소를 나타내는 경우, 두 번째 그룹은 수소원자가 결합된 위치 측에 결합되어 고리를 형성함을 간주하려는 것이다. 이는 하기 도면을 통해 예시된다:
본 발명의 일 실시예에 따르면, 아래 화학식 1로 표시된 리간드 La를 함유하는 금속 착물을 개시한다:
[화학식 1]
여기서, R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨, 할로겐, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자(ring carbon atoms)를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로알킬기, 7~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아랄킬기, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알콕시기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 2~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알케닐기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기, 3~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 3~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬실릴기(alkylsilyl group), 6~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴실릴기(arylsilyl group), 0~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아미노기, 아실기, 카르보닐기, 카르복실산기, 에스테르기, 니트릴기, 이소니트릴기, 티올기(thiol group), 술피닐기, 술포닐기, 포스피노기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며;
2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리 또는 융합 구조를 형성할 수 있고;
여기서 R1, R2 및 R3으로 조합된 군 및 R4, R5 및 R6으로 조합된 군에서, 적어도 하나의 군은 3 개의 동일하거나 상이한 치환기이며;
여기서 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기는 각각 적어도 하나의 탄소원자를 함유하며;
여기서 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기에서, 적어도 하나의 치환기는 적어도 2 개의 탄소원자를 함유하며;
해당 실시예에서, 2 개의 인접한 치환기가 임의로 연결되어 고리를 형성할 수 있다는 표현의 의도는, 화학식 1에서 2 개의 인접한 치환기(예를 들어 치환기 R1와 R2 사이, 치환기 R1와 R3 사이, 치환기 R2와 R3 사이, 치환기 R4와 R5 사이, 치환기 R4와 R6 사이 또는 치환기 R5와 R6 사이)가 화학결합에 의해 임의로 서로 연결됨을 간주하려는 것이다. 주의해야 할 것은, 해당 표현은 세개의 인접한 치환기(예를 들어 치환기 R1, R2와 R3 사이, 또는 R4, R5와 R6사이)가 연결되어 고리를 형성하는 경우를 포함하지 않는다. 해당 표현은 치환기 R1~R6 중의 임의의 하나와 치환기 R7가 연결되어 고리를 형성하는 경우도 포함하지 않는다. 일부 경우에, 해당 표현에서 연결되어 형성된 상기 고리는 가교환(bridged ring)을 포함하지 않는다. 이외, 본 분야 당업자는 화학식 1에서의 치환기 R1~R7 사이가 각각 연결되지 않을 수도 있음을 명백하게 이해할 것이다.
해당 실시예에서, R1, R2, R3은 A군을 형성하고 R4, R5, R6은 B군을 형성하며, A군과 B군 중 적어도 하나의 군의 3 개 치환기는 동일하거나 상이할 수 있다. 여기서 3 개의 치환기는 상이한 것으로서 이들 중 2 개의 치환기만 동일한 경우를 포함하였음을 주의해야 한다. A군 및 B군에 있어서, 적어도 하나의 군은 아래의 조건을 충족한다: 상기 군에서의 3 개의 치환기가 동일하거나 상이하든지 각각 적어도 하나의 탄소원자를 함유하며 3 개의 치환기 중 적어도 하나의 치환기는 적어도 2 개의 탄소원자를 함유한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속 착물 중의 상기 금속은 Cu, Ag, Au, Ru, Rh, Pd, Pt, Os 및 Ir으로 조합된 군에서 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속 착물 중의 상기 금속은 Pt 및 Ir에서 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 화학식 1에서 R1~R7는 독립적으로 수소, 듀테륨, 불소, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로알킬기 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 화학식 1에서 R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, 네오펜틸기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4,4-디메틸시클로헥실기, 노르보르닐기(norbornyl group), 아다만틸기, 플루오린기, 트리플루오로메틸기, 2,2,2-트리플루오르에틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기, 3,3,3-트리플루오로-2,2-디메틸프로필기 및 상기 그룹 각각의 중수소화물로 조합된 군에서 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 여기서 상기 금속 착물은 M(La)m(Lb)n(Lc)q의 일반식을 구비하고, 여기서 Lb 및 Lc는 M에 배위된 제2 리간드 및 제3 리간드이고, Lb 및 Lc는 같거나 다를 수 있으며;
La, Lb 및 Lc는 임의로 연결되어 여러자리 리간드(multidentate ligand)를 형성할 수 있으며;
여기서, m은 1, 2 또는 3이고, n은 0, 1 또는 2이며, q는 0, 1 또는 2이며, m+n+q는 M의 산화 상태와 동일하며;
여기서, Lb 및 Lc는 각각 독립적으로,
으로 조합된 군에서 선택되며;
여기서,
Ra, Rb 및 Rc는 일치환(mono-substitution), 이치환, 삼치환, 사치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
Xb는 O, S, Se, NRN1 및 CRC1RC2로 조합된 군에서 선택되며;
R1, R2, R3, R4, Ra, Rb, Rc, RN1, RC1 및 RC2는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨, 할로겐, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자(ring carbon atoms)를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기(cycloalkyl), 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로알킬기, 7~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아랄킬기, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알콕시기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 2~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알케닐기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기, 3~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 3~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬실릴기(alkylsilyl group), 6~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴실릴기(arylsilyl group), 0~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아미노기, 아실기, 카르보닐기, 카르복실산기, 에스테르기, 니트릴기, 이소니트릴기, 티올기(thiol group), 술피닐기, 술포닐기, 포스피노기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며;
2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리를 형성한다.
해당 실시예에서, La, Lb 및 Lc는 임의로 연결되어 여러자리 리간드를 형성할 수 있으며 예를 들어 네자리 리간드를 형성할 수 있다. 본 분야 당업자는 La, Lb 및 Lc가 여러자리 리간드를 형성하도록 연결되지 않을 수도 있음을 명확하게 이해할 수 있다.
해당 실시예에서, 리간드 Lb 및 Lc가 나타낸 구조에서의 2 개의 인접한 치환기가 임의로 연결되어 고리를 형성한다는 것은 아래의 어느 하나의 경우를 포함할 수 있다: 하나의 경우는, Ra, Rb, Rc, RN1, Rc1 및 Rc2와 같이 부호가 상이한 치환기 사이는, 두 개의 인접한 치환기가 임의로 연결되어 고리를 형성하는 것이고; 다른 하나의 경우는, Ra, Rb 및 Rc가 이치환, 삼치환 또는 사치환을 나타낼 때, Ra, Rb 및 Rc에 존재하는 복수의 번호가 동일한 치환기 사이는, 두 개의 인접한 치환기가 임의로 연결되어 고리를 형성하는 것이다. 다른 경우에서, 리간드 Lb 및 Lc가 나타낸 구조에서의 치환기 사이는 각각 연결되지 않을 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 착물은 식 Ir(La)(Lb)2을 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 화학식 1에 나타난 리간드 La는,
의 구조 화합물로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리간드 Lb는,
의 구조 화합물로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 착물에서 La 및/또는 Lb는 부분적으로 또는 전체적으로 중수소화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 착물은 식 Ir(La)(Lb)2을 구비하고, 여기서 La는 La1~La280 중에서 선택된 임의의 하나이고, Lb는 Lb1~Lb201 중에서 선택된 임의의 하나 또는 임의의 2 종의 조합이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 전계 발광소자를 더 개시하였고, 이는
양극,
음극,
및 음극과 양극 사이에 배치된 유기층을 포함하며, 상기 유기층은 화학식 1로 표시된 리간드 La를 함유하는 금속 착물을 함유하고;
[화학식 1]
여기서, R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨, 할로겐, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자(ring carbon atoms)를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기(cycloalkyl group), 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로알킬기, 7~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아랄킬기, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알콕시기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 2~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알케닐기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기, 3~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 3~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬실릴기(alkylsilyl group), 6~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴실릴기(arylsilyl group), 0~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아미노기, 아실기, 카르보닐기, 카르복실산기, 에스테르기, 니트릴기, 이소니트릴기, 티올기(thiol group), 술피닐기, 술포닐기, 포스피노기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며;
2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리 또는 융합 구조를 형성할 수 있고;
여기서 R1, R2 및 R3으로 조합된 군 및 R4, R5 및 R6으로 조합된 군에서, 적어도 하나의 군은 3 개의 동일하거나 상이한 치환기이며;
여기서 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기는 각각 적어도 하나의 탄소원자를 함유하며;
여기서 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기에서, 적어도 하나의 치환기는 적어도 2 개의 탄소원자를 함유한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자에서, 상기 유기층은 발광층이고 상기 금속 착물은 발광재료이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자는 적색광을 방출한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소자는 백색광을 방출한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기층은 호스트 화합물을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기층은 호스트 화합물을 더 포함하며, 상기 호스트 화합물은 벤젠, 비페닐, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 카바졸, 아자카바졸(azacarbazole), 인돌로카르바졸, 디벤조티오펜, 아자디벤조티오펜(azadibenzothiophene), 디벤조푸란, 아자디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 아자디벤조셀레노펜(azadibenzoselenophene), 트리페닐렌, 아자트리페닐렌(azatriphenylene), 플루오렌, 실라플루오렌(silafluorene), 나프탈렌, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴나졸린(quinazoline), 퀴녹살린, 페난트렌, 아자페난트렌(azaphenanthrene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 화학 그룹을 하나 이상 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 금속 착물을 함유하는 화합물 제제를 더 개시하며, 상기 금속 착물은 화학식 1로 표시된 리간드 La를 함유한다. 화학식 1의 구체적인 구조는 상술한 임의의 실시예를 참조하도록 한다.
기타 재료와의 조합
본 발명에 개지된 유기 발광소자에서의 특정층에 사용되는 재료는, 소자에 존재하는 다양한 기타 재료와 조합되어 사용될 수 있다. 이러한 재료의 조합은 미국특허출원 US2016/0359122A1의 제0132~0161 단락에 상세하게 기술되었으며, 그 전부 내용은 본문에 인용되어 결합된다. 여기서, 기술되거나 언급된 재료는, 본문에 개시된 화합물과 조합되어 사용될 수 있는 재료의 비한정적인 예시이고, 본 분야 당업자는 조합 및 사용가능한 기타 재료를 식별할 수 있도록 문헌을 용이하게 참고할 수 있다.
본문에서는, 유기 발광소자에서의 구체적인 층에 사용가능한 재료는 상기 소자에 존재하는 여러 종류의 기타 재료와 조합되어 사용될 수 있는 것으로 설명된다. 예를 들어, 본문에 개시된 발광 도판트(dopant)는 여러 종류의 호스트, 수송층, 차단층, 주입층, 전극 및 존재할 수 있는 기타 층과 결합되어 사용될 수 있다. 이러한 재료의 조합은 특허출원 US2015/0349273A1의 제0080-0101 단락에 상세하게 기술되었으며, 그 전부 내용은 본문에 인용되어 결합된다. 여기서, 기술되거나 언급된 재료는, 본문에 개시된 화합물과 조합되어 사용될 수 있는 재료의 비한정적인 예시이고, 본 분야 당업자는 조합 및 사용가능한 기타 재료를 식별할 수 있도록 문헌을 용이하게 참고할 수 있다.
재료합성의 실시예에서, 별도로 언급되지 않는 한 모든 반응은 질소 보호하에서 진행된다. 모든 반응용매는 무수(anhydrous)이고 상업적 공급원으로부터 받은 그대로 사용된다. 합성된 생성물은 본 분야 상규적인 하나 또는 여러 종류의 설비(BRUKER의 핵자기공명분광기, SHIMADZU의 액체 크로마토그래피(liquid chromatography), 크로마토그래프 질량 분석계(liquid chromatograph-mass spectrometry), 가스 크로마토그래프 질량 분석계(gas chromatograph-mass spectrometry), 시차주사 열량계(differential scanning calorimeter), 상해 LENGGUANG TECH.의 형광분광광도계, 우한 CORRTEST의 전기화학 워크스테이션 및 안후이 BEQ의 승화장치(sublimation apparatus) 등을 포함하나 이에 한정되지 않음)를 사용하여, 본 분야 당업자에게 잘 알려진 방법에 의해 구조가 확인되고 특성이 테스트된다. 소자의 실시예에서, 소자의 특성도 본 분야 상규적인 설비(ANGSTROM ENGINEERING에서 생산한 증착기, 소주 FATAR에서 생산한 광학 테스트시스템 및 수명테스트 시스템, 북경 ELLITOP에서 생산한 타원계측기(ellipsometer) 등을 포함하나 이에 한정되지 않음)를 사용하여, 본 분야 당업자에게 잘 알려진 방법에 의해 테스트된다. 본 분야 당업자는 상기 설비의 사용, 테스트 방법 등 관련내용을 잘 알고 있어 시료의 고유 데이터를 확실하면서도 영향을 받지 않고 얻을 수 있으므로, 본원에서 상기 관련내용을 더이상 설명하지 않는다.
재료합성 실시예:
본 발명은 화합물의 제조방법을 한정하지 않으며, 전형적인 예시로는 아래의 화합물이 있으나 이에 한정되지 않으며, 그 합성경로 및 제조방법은 아래와 같다:
1. 화합물 Ir(La5)(Lb3)2의 합성
단계(1): 3,3-디메틸펜탄-2-온(3,3-dimethylpentan-2-one)의 합성
2,2-디메틸부탄산(11.6g, 100mmol)을 200mL의 초건조 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 용해시켜 얻은 용액에 3min 동안 N2로 버블링(bubbling)한 다음 0
로 냉각시키고, N2로 보호 및 0
에서 1.3M의 메틸리튬의 에틸에테르 용액 230mL를 적가하고, 적가가 완료되면 반응 혼합액을 0
를 유지하면서 2h 동안 계속 반응시킨 후, 실온으로 승온시켜 밤새 반응시킨다. TLC가 반응이 완료되었음을 나타내면, 1M의 염산을 천천히 첨가하여 반응을 ??칭(quenching)하며, 이어서 액체 분리를 진행하고 유기상을 수집하며, 디클로로메탄으로 수상을 2 번 추출하고 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 목표 생성물인 3,3-디메틸펜탄-2-온(11.0g, 94%)을 얻는다.
단계(2): 2,2-디메틸부타노일 클로라이드(2,2-dimethylbutanoyl chloride)의 합성
2,2-디메틸부탄산(11.6g, 100mmol)을 200mL의 초건조 디클로로메탄에 용해시킨 후, 초건조 DMF를 촉진제로서 한 방울 첨가하고 얻어진 용액에 3min 동안 N2로 버블링한 다음 0
로 냉각시키고, N2로 보호 및 0
에서 염화옥살릴(oxalyl chloride)(14.0g, 110mmol)을 적가하고, 적가가 완료되면 반응을 실온으로 승온시키고, 반응시스템에서 기체가 방출되지 않을 때 반응액을 회전 건조시키며, 건조시켜 얻은 2,2-디메틸부타노일 클로라이드 조생성물(crude product)은 추가로 순수분리할 필요 없이 직접 다음 단계의 반응에 사용할 수 있다.
단계(3): 3,3,7,7-테드라메틸노난-4,6-디온(3,3,7,7-tetramethylnonane-4,6-dione)의 합성
3,3-디메틸펜탄-2-온(11.0g, 96mmol)을 200mL의 초건조 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 용해시켜 얻은 용액에 3min 동안 N2로 버블링한 다음 -78
로 냉각시키고, 이어서 N2로 보호 및 -78
에서 2M의 리튬 디이소프로필아미드(lithium diisopropylamide)의 테트라하이드로푸란 용액 53mL를 적가하고, 적가가 완료되면 반응 혼합액을 -78
를 유지하면서 30min 동안 계속 반응시킨 후, 단계(2)의 2,2-디메틸부타노일 클로라이드를 천천히 첨가한다. 적가가 완료되면 반응을 천천히 실온으로 상승시킨 후 밤새 방치한다. 다음, 1M의 염산을 천천히 첨가하여 반응을 ??칭한 후, 액체 분리를 진행하고 유기상을 수집하며, 디클로로메탄으로 수상을 2 번 추출하고 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 조생성물을 얻으며, 칼럼크로마토그래피를 통해 정제(용리제(eluent)는 석유에테르임)된 후 감압 증류하여 목표 생성물인 3,3,7,7-테드라메틸노난-4,6-디온(3.6g, 18%)을 얻는다.
단계(4): 이리듐 다이머(iridium dimer)의 합성
2-(3,5-디메틸페닐)퀴놀린(2.6g, 11.3mmol), 이리듐클로라이드삼수화물(iridium chloride trihydrate)(800mg, 2.3mmol), 2-에톡시에탄올(24mL) 및 물(8mL)의 혼합물을 질소 분위기에서 24h 동안 환류시킨다. 실온으로 냉각시킨 후, 감압하여 용매를 제거하며 이로써 이리듐 다이머를 얻은 후 추가의 정제 없이 직접 다음 단계에 사용한다.
단계(5): 화합물 Ir(La5)(Lb3)2의 합성
다이머(1.15mmol), 3,3,7,7-테드라메틸노난-4,6-디온(977mg, 4.6mmol), 탄산칼륨(1.6g, 11.5mmol) 및 2-에톡시에탄올(32ml)의 혼합물을 질소 하에 실온에서 24h 교반한다. 침전물을 규조토를 통해 여과하고 에탄올로 세척한다. 얻어진 고체에 디클로로메탄을 첨가하고 여과액을 수집한다. 다음, 에탄올을 첨가하여 얻은 용액을 농축시키되 농축 건조시키지 않는다. 여과 후 1.3g의 생성물을 얻는다. 칼럼크로마토그래피를 통해 해당 생성물을 추가로 정제한다. 해당 화합물의 구조는 NMR 및 LC-MS를 통해 분자량이 868인 목표 생성물인 것으로 확인되었다.
2. 화합물 Ir(La26)(Lb3)2의 합성
단계(1): 2-에틸-2-메틸부타노에이트(2-ethyl-2-methylbutanoate)의 합성
에틸 2-에틸부타노에이트(ethyl 2-ethylbutanoate)(50.0g, 346mmol)을 600mL의 초건조 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 용해시켜 얻은 용액에 3min 동안 N2로 버블링한 다음 -78
로 냉각시키고, 이어서 N2로 보호 및 -78
에서 2M의 리튬 디이소프로필아미드(lithium diisopropylamide)의 테트라하이드로푸란 용액 190mL를 적가하고, 적가가 완료되면 반응 혼합액을 -78
를 유지하면서 30min 동안 계속 반응시킨 후, 메틸 요오다이드(methyl iodide)(58.9g, 415mmol)를 천천히 첨가하고, 첨가가 완료되면 천천히 실온으로 승온시킨 후 밤새 방치한다. 다음, 포화 염화암모늄 용액을 천천히 첨가하여 반응을 ??칭하며, 이어서 액체 분리를 진행하고 유기상을 수집하며, 디클로로메탄으로 수상을 2 번 추출하고 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 생성물, 즉 수요하는 2-에틸-2-메틸부타노에이트(52.2g, 95%)를 얻는다.
단계(2): 2-에틸-2-메틸부탄산(2-ethyl-2-methylbutanoic acid)의 합성
2-에틸-2-메틸부타노에이트(52.2g, 330mmol)를 메탄올에 용해시킨 후, 수산화나트륨(39.6g, 990mmol)을 첨가하고, 얻어진 반응 혼합물을 회류반응할 때가지 가열하여 12h 동안 반응시키며, 이어서 실온으로 냉각시키고 그 중의 메탄올을 회전 제거하며 3M의 염산을 첨가하여 반응액의 pH를 1로 조정한 후, 디클로로메탄을 첨가하여 여러번 추출하며 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 2-에틸-2-메틸부탄산(41.6g, 97%)을 얻는다.
단계(3): 3-에틸-3-메틸-펜탄-2-온(3-ethyl-3-methyl-pentan-2-one)의 합성
2-에틸-2-메틸부탄산(13.0g, 100mmol)을 200mL의 초건조 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 용해시켜 얻은 용액에 3min 동안 N2로 버블링한 다음 0
로 냉각시키고, 이어서 N2로 보호 및 0
에서 1.3M의 메틸리튬의 에틸에테르 용액 230mL를 적가하고, 적가가 완료되면 반응 혼합액을 0
를 유지하면서 2h 동안 계속 반응시킨 후, 실온으로 승온시켜 밤새 반응시킨다. TLC가 반응이 완료되었음을 나타내면, 1M의 염산을 천천히 첨가하여 반응을 ??칭하며, 이어서 액체 분리를 진행하고 유기상을 수집하며, 디클로로메탄으로 수상을 2 번 추출하고 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 목표 생성물인 3-에틸-3-메틸-펜탄-2-온(11.8g, 92%)을 얻는다.
단계(4): 2-에틸-2메틸부타노일 클로라이드(2-ethyl-2methylbutanoyl chloride)의 합성
2-에틸-2-메틸부탄산(13.0g, 100mmol)을 200mL의 초건조 디클로로메탄에 용해시킨 후, 초건조 DMF를 촉진제로서 한 방울 첨가하고 얻어진 용액에 3min 동안 N2로 버블링한 다음 0
로 냉각시키고, 이어서 N2로 보호 및 0
에서 염화옥살릴(14.0g, 110mmol)을 적가하고, 적가가 완료되면 반응을 실온으로 승온시키고, 반응시스템에서 기체가 방출되지 않을 때 반응액을 회전 건조시키며, 건조시켜 얻은 2-에틸-2메틸부타노일 클로라이드 조생성물은 추가로 순수분리할 필요 없이 직접 다음 단계의 반응에 사용할 수 있다.
단계(5):3,7-디에틸-3,7-디메틸노난-4,6-디온(3,7-diethyl-3,7-dimethylnonane-4,6-dione)의 합성
3-에틸-3-메틸-펜탄-2-온(11.8g, 92mmol)을 초건조 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 용해시켜 얻은 용액에 3 min 동안 N2로 버블링한 다음 -78
로 냉각시키고, 이어서 N2로 보호 및 -78
에서 2M의 리튬 디이소프로필아미드(lithium diisopropylamide)의 테트라하이드로푸란 용액 51mL를 적가하고, 적가가 완료되면 반응 혼합액을 -78
를 유지하면서 30min 동안 계속 반응시킨 후, 단계(4)의 2-에틸-2메틸부타노일 클로라이드를 천천히 첨가하고 첨가가 완료되면 반응을 천천히 실온으로 상승시킨 후 밤새 방치한다. 다음, 1M의 염산을 천천히 첨가하여 반응을 ??칭한 후, 액체 분리를 진행하고 유기상을 수집하며, 디클로로메탄으로 수상을 2 번 추출하고 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 조생성물을 얻으며, 칼럼크로마토그래피를 통해 정제(용리제는 석유에테르임)한 후 감압 증류하여 목표 생성물인 3,7-디에틸-3,7-디메틸노난-4,6-디온(4.6g, 21%)을 얻는다.
단계(6): 화합물 Ir(La26)(Lb3)2의 합성
다이머(1.15mmol), 3,7-디에틸-3,7-디메틸노난-4,6-디온(1.1g, 4.6mmol), 탄산칼륨(1.6g, 11.5mmol) 및 2-에톡시에탄올(30ml)의 혼합물을 질소 하에 실온에서 24h 교반한다. 침전물을 규조토를 통해 여과하고 에탄올로 세척한다. 얻어진 고체에 디클로로메탄을 첨가하고 여과액을 수집한다. 다음, 에탄올을 첨가하고 얻어진 용액을 농축시키되 농축 건조시키지 않는다. 여과 후 1.4g의 생성물을 얻는다. 칼럼크로마토그래피를 통해 해당 생성물을 추가로 정제한다. 해당 화합물의 구조는 NMR 및 LC-MS를 통해 분자량이 896인 목표 생성물인 것으로 확인되었다.
3. 화합물 Ir(La6)(Lb3)2의 합성
단계(1): 2-에틸부타노일 클로라이드(2-ethylbutanoyl chloride)의 합성
2-에틸부탄산(2-ethylbutanoic acid)(11.6g, 100mmol)을 초건조 디클로로메탄에 용해시킨 후, 초건조 DMF를 촉진제로서 한 방울 첨가하고, 얻어진 용액에 3 min 동안 N2로 버블링한 다음 0
로 냉각시키고, N2로 보호 및 0
에서 염화옥살릴(14.0g, 110mmol)을 적가하고, 적가가 완료되면 반응을 실온으로 승온시키고, 반응시스템에서 기체가 방출되지 않을 때 반응액을 회전 건조시키며, 건조시켜 얻은 2-에틸부타노일 클로라이드 조생성물은 추가로 순수분리할 필요 없이 직접 다음 단계의 반응에 사용할 수 있다.
단계(2): 7-에틸-3,3-디메틸노난-4,6-디온(3,7-ethyl-3,7-dimethylnonane-4,6-dione)의 합성
3,3-디메틸펜탄-2-온(10.3g, 90mmol)을 180mL의 초건조 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 용해시켜 얻은 용액에 3min 동안 N2로 버블링한 다음 -78
로 냉각시키고, 이어서 N2로 보호 및 -78
에서 2M의 리튬 디이소프로필아미드(lithium diisopropylamide)의 테트라하이드로푸란 용액 50mL를 적가하고, 적가가 완료되면 반응 혼합액을 -78
를 유지하면서 30min 동안 계속 반응시킨 후, 단계(1)의 2-에틸부타노일 클로라이드를 천천히 첨가하고 첨가가 완료되면 반응을 천천히 실온으로 상승시킨 후 밤새 방치한다. 다음, 1M의 염산을 천천히 첨가하여 반응을 ??칭한 후, 액체 분리를 진행하고 유기상을 수집하며, 디클로로메탄으로 수상을 2 번 추출하고 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 조생성물을 얻으며, 칼럼크로마토그래피를 통해 정제(용리제는 석유에테르임)한 후 감압 증류하여 목표 생성물인 7-에틸-3,3-디메틸노난-4,6-디온(4.2g, 22%)을 얻는다.
단계(3): 화합물 Ir(La6)(Lb3)2의 합성
다이머(1.15mmol), 7-에틸-3,3-디메틸노난-4,6-디온(977mg, 4.6mmol), 탄산칼륨(1.6g, 11.5mmol) 및 2-에톡시에탄올(30ml)의 혼합물을 질소 하에 실온에서 24h 교반한다. 침전물을 규조토를 통해 여과하고 에탄올로 세척한다. 얻어진 고체에 디클로로메탄을 첨가하고 여과액을 수집한다. 다음, 에탄올을 첨가하고 얻어진 용액을 농축시키되 농축 건조시키지 않는다. 여과 후 1.3g의 생성물을 얻는다. 칼럼크로마토그래피를 통해 해당 생성물을 추가로 정제한다. 해당 화합물의 구조는 NMR 및 LC-MS를 통해 분자량이 868인 목표 생성물인 것으로 확인되었다.
4. 화합물 Ir(La21)(Lb3)2의 합성
단계(1): 3,7-디에틸-3-메틸노난-4,6-디온(3,7-diethyl-3-methylnonane-4,6-dione)의 합성
3-에틸-3-메틸-펜탄-2-온(11.8g, 92mmol)을 초건조 테트라하이드로푸란에 용해시키고, 용해시켜 얻은 용액에 3min 동안 N2로 버블링한 다음 -78
로 냉각시키고, 이어서 N2로 보호 및 -78
에서 2M의 리튬 디이소프로필아미드(lithium diisopropylamide)의 테트라하이드로푸란 용액 55mL를 적가하고, 적가가 완료되면 반응 혼합액을 -78
를 유지하면서 30min 동안 계속 반응시킨 후, 실시예 3의 단계(1)의 2-에틸부타노일 클로라이드를 천천히 첨가하고 첨가가 완료되면 반응을 천천히 실온으로 상승시킨 후 밤새 방치한다. 다음, 1M의 염산을 천천히 첨가하여 반응을 ??칭한 후, 액체 분리를 진행하고 유기상을 수집하며, 디클로로메탄으로 수상을 2 번 추출하고 유기상을 합병한 후, 회전 건조시켜 조생성물을 얻으며, 칼럼크로마토그래피를 통해 정제(용리제는 석유에테르임)한 후 감압 증류하여 목표 생성물인 3.7-디에틸-3-메틸노난-4,6-디온(4.7g, 23%)을 얻는다.
단계(2): 화합물 Ir(La21)(Lb3)2의 합성
다이머(1.15mmol), 3.7-디에틸-3-메틸노난-4,6-디온(1.0g, 4.6mmol), 탄산칼륨(1.6g, 11.5mmol) 및 2-에톡시에탄올(30ml)의 혼합물을 질소 하에 실온에서 24h 교반한다. 침전물을 규조토를 통해 여과하고 에탄올로 세척한다. 얻어진 고체에 디클로로메탄을 첨가하고 여과액을 수집한다. 다음, 에탄올을 첨가하고 얻어진 용액을 농축시키되 농축 건조시키지 않는다. 여과 후 1.5g의 생성물을 얻는다. 칼럼크로마토그래피를 통해 해당 생성물을 추가로 정제한다. 해당 화합물의 구조는 NMR 및 LC-MS를 통해 분자량이 882인 목표 생성물인 것으로 확인되었다.
5. 화합물 Ir(La26)(Lb135)2의 합성
단계(1): 이리듐 다이머(iridium dimer)의 합성
1-(3,5-디메틸페닐)-6-이소프로필이소퀴놀린(1-(3,5-dimethylphenyl)-6-isopropylisoquinoline)(2.0g, 7.3mmol), 이리듐클로라이드삼수화물(iridium chloride trihydrate)(854mg, 2.4mmol), 2-에톡시에탄올(24mL) 및 물(8mL)의 혼합물을 질소 분위기에서 24h 동안 환류시킨다. 실온으로 냉각시킨 후 여과하고, 여과하여 얻은 고체를 메탄올로 여러번 세척하며, 건조시켜 이리듐 다이머(1.3g, 70%)를 얻는다.
단계(2): 화합물 Ir(La26)(Lb135)2의 합성
다이머(1.3g, 0.8mmol), 3.7-디에틸-3,7-디메틸노난-4,6-디온(769mg, 3.2mmol), 탄산칼륨(1.1g, 8.0mmol) 및 2-에톡시에탄올(20ml)의 혼합물을 질소 하에 실온에서 24h 교반한다. 침전물을 규조토를 통해 여과하고 에탄올로 세척한다. 얻어진 고체에 디클로로메탄을 첨가하고 여과액을 수집한다. 다음, 에탄올을 첨가하고 얻어진 용액을 농축시키되 농축 건조시키지 않는다. 여과 후 1.2g의 생성물을 얻는다. 칼럼크로마토그래피를 통해 해당 생성물을 추가로 정제한다. 해당 화합물의 구조는 NMR 및 LC-MS를 통해 분자량이 980인 목표 생성물인 것으로 확인되었다.
본 분야 당업자는, 상기 화합물의 제조방법은 단지 하나의 예시적인 예일뿐이고 본 분야 당업자는 이에 대한 개량을 통해 본 발명의 다른 화합물 구조을 얻을 수 있음을 이해할 것이다.
소자의 실시예
먼저, 120nm 두께의 인듐주석산화물(ITO) 양극을 구비하는 유리기판을 세정한 다음, 산소 플라스마 및 UV 오존을 사용하여 처리한다. 처리 후, 기판을 글로브박스에서 드라이하여 수분을 제거한다. 다음, 기판을 기판 홀더에 장착하고 진공실에 넣는다. 아래에 지정된 유기층을 약 10-8토르의 진공도에서 0.2~2Å/s의 속도로 열진공 증착을 통해 ITO 양극 상에 순차적으로 증착시킨다. 정공 주입층(HIL)으로서 화합물 HI를 사용한다. 정공 수송층(HTL)으로서 화합물 HT를 사용한다. 전자 차단층(EBL)으로서 화합물 EB를 사용한다. 이어서, 본 발명의 화합물 또는 비교 화합물을 발광층(EML)으로서 호스트 화합물 RH에 도핑한다. 정공 차단층(HBL)으로서 화합물 HB를 사용한다. HBL 상에서, 화합물 ET와 8-히드록시퀴놀린-리튬(Liq)의 혼합물을 전자 수송층(ETL)으로서 증착시킨다. 마지막으로, 1nm 두께의 Liq을 전기 주입층으로서 증착시키고 120nm의 A1를 음극으로서 증착시킨다. 다음, 해당 소자를 글로브 박스로 다시 옮기고 유리 뚜껑(glass lid) 및 흡습제를 사용하여 봉입(encapsulate)함으로써 해당 소자를 완성시킨다.
구체적인 소자층 구조와 두께는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다. 사용된 재료의 종류가 하나뿐이 아닌 층은 기재된 중량비로 상이한 화합물을 도핑하여 얻어진 것이다.
| 소자번호 | HIL | HTL | EBL | EML | HBL | ETL |
| 실시예 1 | 화합물 HI (100 Å) | 화합물 HT (400 Å) |
화합물 EB (50 Å) |
화합물 RH:화합물Ir(La5)(Lb3)2 (97:3) (400 Å) | 화합물 HB (50 Å) |
화합물 ET:Liq (35:65) (350 Å) |
| 실시예 2 | 화합물 HI (100 Å) | 화합물 HT (400 Å) |
화합물 EB (50 Å) |
화합물 RH:화합물Ir(La26)(Lb3)2 (97:3) (400 Å) | 화합물 HB (50 Å) |
화합물 ET:Liq (35:65) (350 Å) |
| 실시예 3 | 화합물 HI (100 Å) | 화합물 HT (400 Å) |
화합물 EB (50 Å) |
화합물 RH:화합물Ir(La6)(Lb3)2 (97:3) (400 Å) | 화합물 HB (50 Å) |
화합물 ET:Liq (35:65) (350 Å) |
| 실시예 4 | 화합물 HI (100 Å) | 화합물 HT (400 Å) |
화합물 EB (50 Å) |
화합물 RH:화합물Ir(La21)(Lb3)2 (97:3) (400 Å) | 화합물 HB (50 Å) |
화합물 ET:Liq (35:65) (350 Å) |
| 실시예 5 | 화합물 HI (100 Å) | 화합물 HT (400 Å) |
화합물 EB (50 Å) |
화합물 RH:화합물Ir(La26)(Lb135)2 (98:2) (400 Å) | 화합물 HB (50 Å) |
화합물 ET:Liq (35:65) (350 Å) |
| 비교예 1 | 화합물 HI (100 Å) | 화합물 HT (400 Å) |
화합물 EB (50 Å) |
화합물 RH:화합물 A (97:3) (400 Å) |
화합물 HB (50 Å) |
화합물 ET:Liq (35:65) (350 Å) |
| 비교예 2 | 화합물 HI (100 Å) | 화합물 HT (400 Å) |
화합물 EB (50 Å) |
화합물 RH:화합물 B (97:3) (400 Å) |
화합물 HB (50 Å) |
화합물 ET:Liq (35:65) (350 Å) |
<소자 실시예의 소자구조>
소자에 사용되는 재료 구조는 아래에 나타난 바와 같다.
서로 다른 전류밀도와 전압에서 소자의 IVL을 측정한다. 1000 니트(nit)에서, 발광 효율(LE), 외부 양자 효율(EQE), 최대 방출 파장(λmax), 반값전폭(FWHM), 전압(V) 및 CIE 데이터를 측정한다. 재료의 승화온도(Sub T)를 테스트한다.
| 소자번호 | Sub T (°C) | CIE (x,y) | λmax (nm) | FWHM (nm) |
Voltage (V) |
LE （cd/A） |
EQE (%) |
| 실시예 1 | 207 | (0.663,0.336) | 618 | 56.4 | 3.58 | 28.83 | 22.44 |
| 실시예 2 | 195 | (0.662,0.337) | 617 | 55.4 | 3.58 | 27.21 | 22.31 |
| 실시예 3 | 187 | (0.659,0.340) | 617 | 55.5 | 3.72 | 28.29 | 22.30 |
| 실시예 4 | 188 | (0.660,0.339) | 617 | 54.8 | 3.41 | 27.98 | 22.17 |
| 실시예 5 | 203 | (0.683,0.316) | 625 | 48.0 | 4.09 | 22.83 | 26.63 |
| 비교예 1 | 202 | (0.661,0.338) | 619 | 57.3 | 3.63 | 26.57 | 21.91 |
| 비교예 2 | 226 | (0.683,0.316) | 625 | 49.9 | 4.48 | 22.34 | 26.23 |
<소자 데이터>
토론:
표 2로부터 알 수 있는바, 본 발명의 화합물을 구비하는 소자 실시예는 비교 화합물보다 우수한 몇 가지 장점을 나타낸다. 비교 화합물에 비해, 본 발명의 화합물은 더 좁은 반값전폭 및 더 높은 외부 양자 효율을 구비하고 적색 이동 효과를 생성할 수 있다. 예를 들어, 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 이들에는 모두 동일한 퀴놀린 리간드가 존재하지만, 본 발명의 수단에 의한 실시예 1은 더 짙은 적색이고 동시에 그 외부 양자 효율 및 발광 효율이 더욱 높다. 다른 예로서, 실시예 5와 비교예 2를 비교하면, 이들에는 모두 동일한 이소퀴놀린 리간드가 존재하지만, 본 발명의 수단에 의한 실시예 5는 단지 2%의 적색광 재료만 도핑하여도, 이미 비교예가 3%의 적색광 재료를 도핑해야만 달성할 수 있는 짙은 적색을 실현할 수 있으며, 동시에 외부 양자 효율 및 발광 효율이 더욱 높다. 또한, 이소퀴놀린 리간드를 구비하는 착물에 있어서, 그 승화온도는 비교적 높지만, 본 발명의 수단에 의한 실시예 5의 적색광 재료 Ir(La26)(Lb135)2는 비교예 2의 적색광 재료 화합물 B의 승화온도보다 23℃만큼 더 낮다.
본문에 기재된 다양한 실시예는 단지 예시일뿐이며 본 발명의 범위를 한정하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 따라서, 본 분야 당업자에게 자명한 것과 같이, 청구하려는 본 발명은 본문에 기재된 구체적인 실시예 및 바람직한 실시예의 변경을 포함할 수 있다. 본문에 기재된 재료 및 구조에서의 다수는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 재료 및 구조로 대체하여 사용할 수 있다. 본 발명이 작용되는 이유에 대한 다양한 이론은 한정하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
Claims (16)
- Ir (La)(Lb)2의 일반식을 구비하는 금속 착물:
여기서 La 는 M에 배위된 제1 리간드이고, 식 1로 표시된 구조를 가지며,
[식 1]
여기서, R1, R2 및 R3으로 조합된 군 및 R4, R5 및 R6으로 조합된 군에서, 적어도 하나의 군은 3 개의 동일하거나 상이한 치환기이며;
여기서, 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기는 각각 적어도 하나의 탄소원자를 함유하며;
여기서, 상기 3 개의 동일하거나 상이한 치환기에서, 적어도 하나의 치환기는 적어도 2 개의 탄소원자를 함유하며,
여기서, Lb는 Ir와 배위되는 제 2 리간드이고, Lb는 동일하거나 상이할 수 있으며,
여기서 Lb는 각각 독립적으로
에서 선택되며；
Ra 및 Rb는 일치환, 이치환, 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며,
여기서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨, 할로겐, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 2~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알케닐기, 6~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기, 3~30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 티올기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며;
여기서, 치환된 알킬기, 치환된 시클로알킬기, 치환된 알케닐기, 치환된 아릴기 및 치환된 헤테로아릴기는 듀테륨, 할로겐, 알킬기, 시클로알킬기, 아랄킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 아미노기, 고리형 아미노기, 실릴기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 헤테로알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 카복실산기, 니트릴기, 이소니트릴기, 술파닐기, 포스피노기 및 이들의 조합 중의 하나 또는 복수 개에 의해 치환될 수 있으며,
Lb 중 2 개의 인접한 치환기는 임의로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며,
아래 금속 착물을 포함하지 않는 금속착물:
.
- 제 1 항에 있어서,
식 1에서 R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 1~20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기로 이루어진 군에서 선택되며,
치환된 알킬기는 듀테륨, 할로겐, 알킬기, 시클로알킬기, 아랄킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 아미노기, 고리형 아미노기, 실릴기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 헤테로알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 카복실산기, 니트릴기, 이소니트릴기, 술파닐기, 포스피노기 및 이들의 조합 중의 하나 또는 복수 개에 의해 치환될 수 있는 것을 특징으로 하는 금속 착물. - 제 1 항에 있어서,
식 1에서 R1~R7는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, 네오펜틸기, 트리플루오로메틸기, 2,2,2-트리플루오르에틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기, 3,3,3-트리플루오로-2,2-디메틸프로필기 및 상기 그룹 각각의 중수소화물로 조합된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 착물. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 착물은 Ir(La)(Lb)2의 일반식을 구비하고,
여기서, Lb는 각각 독립적으로 아래에서 선택되며,
Ra, Rb는 일치환, 이치환, 삼치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 듀테륨, 할로겐, 1-20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알킬기, 3~20 개의 고리탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 2-20 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 알케닐기, 6-30 개의 탄소원자를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
여기서, 치환된 알킬기, 치환된 시클로알킬기, 치환된 알케닐기, 및 치환된 아릴기는 듀테륨, 할로겐, 알킬기, 시클로알킬기, 아랄킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 아미노기, 고리형 아미노기, 실릴기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 헤테로알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 카복실산기, 니트릴기, 이소니트릴기, 술파닐기, 포스피노기 및 이들의 조합 중의 하나 또는 복수 개에 의해 치환될 수 있으며,
리간드 Lb에서 인접한 2 개의 치환기는 임의로 연결되어 고리를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 착물. - 제 1 항에 있어서,
상기 리간드 La는,
에서 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 착물. - 제 5 항에 있어서,
상기 리간드 Lb는,
에서 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 착물. - 제 6 항에 있어서,
리간드 La 및 리간드 Lb는 부분적이거나 전체적으로 중수소화되는 것을 특징으로 하는 금속 착물. - 제 6 항에 있어서,
상기 금속 착물은 식 IrLa(Lb)2을 구비하고, 여기서, Lb는 Lb1~ Lb172 및 Lb201 중에서 선택된 임의의 하나 또는 임의의 2종의 조합이고, La는 하기 구조 중 임의의 1종인 것을 특징으로 하는 금속 착물:
.
- 양극,
음극,
및 음극과 양극 사이에 배치된 유기층을 포함하며, 상기 유기층은 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 금속 착물을 함유하는 것을 특징으로 하는 전계 발광소자. - 제 9 항에 있어서,
상기 유기층은 발광층이고, 상기 금속 착물은 발광재료인 것을 특징으로 하는 전계 발광소자. - 제 9 항에 있어서,
상기 소자는 적색광을 방출하거나 상기 소자는 백색광을 방출하는 것을 특직으로 하는 전계 발광소자. - 제 9 항에 있어서,
상기 유기층은 호스트 화합물을 더 포함하는 전계 발광소자. - 제 12 항에 있어서,
상기 호스트 화합물은 벤젠, 비페닐, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 카바졸, 아자카바졸, 인돌로카르바졸, 디벤조티오펜, 아자디벤조티오펜, 디벤조푸란, 아자디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 아자디벤조셀레노펜, 트리페닐렌, 아자트리페닐렌, 플루오렌, 실라플루오렌, 나프탈렌, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 페난트렌, 아자페난트렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 화학 그룹을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광소자. - 제 1 항에 따른 금속 착물을 함유하는 화합물 제제.
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