KR102473616B1 - 함인 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
외부 양자 효율을 향상시키는 함인 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 함인 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
[화학식 1]
Description
본 발명은 함인 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 전계 발광 소자로서는, 예를 들어, 제1 전극, 제1 전극 상에 배치된 정공 수송층, 정공 수송층 상에 배치된 발광층, 발광층 상에 배치된 전자 수송층 및 전자 수송층 상에 배치된 제2 전극으로 구성된 유기 전계 발광 소자가 알려져 있다. 제1 전극으로부터는 정공이 주입되고, 주입된 정공은 정공 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 한편, 제2 전극으로부터는 전자가 주입되고, 주입된 전자는 전자 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 발광층으로 주입된 정공과 전자가 재결합함으로써, 발광층 내에서 여기자가 생성된다. 유기 전계 발광 소자는 그 여기자의 복사 비활성에 의해 발생하는 광을 이용하여 발광한다. 또한, 유기 전계 발광 소자는 이상에 설명한 구성에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
유기 전계 발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 유기 전계 발광 소자의 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
한편, 고효율 유기 전계 발광 소자를 구현하기 위해 삼중항 상태의 에너지를 이용하는 인광 발광이나, 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상(Triplet-triplet annihilation, TTA)를 이용한 지연 형광 발광에 대한 기술이 개발되고 있다.
특히, 내부 양자 효율을 약 100%까지 달성 가능하게 하는 기술로 열 활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료가 개발되고 있다.
본 발명의 목적은 고효율의 유기 전계 발광 소자용 함인 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발광층에 함인 화합물을 포함한 고효율의 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되는 함인 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, X는 O, S, NRa, CRbRc, SiRdRe, 또는 GeRfRg 이고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
상기 화학식 1에서, R9는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
Ra 내지 Rg는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, n은 0 또는 1 이고, Y는 직접 결합(direct linkage), O, S, CRhRi, SiRjRk, 또는 GeRlRm 일 수 있다.
상기 화학식 2에서, R10 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
Rh 내지 Rm은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 R9는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또한, 상기 R9는 치환 또는 비치환된 피리딜기, 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다.
상기 R1 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 2로 표시되고, 나머지는 수소 원자일 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, R5 내지 R17, X, Y, 및 n은 상기 화학식 1 및 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1] [화학식 1-2]
[화학식 1-3] [화학식 1-4]
[화학식 1-5] [화학식 1-6]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에 있어서, R1 내지 R9 및 Ra 내지 Rg는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 Ra는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고, 상기 Rb 내지 Rg는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다.
상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-9 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2] [화학식 2-3]
[화학식 2-4] [화학식 2-5] [화학식 2-6]
[화학식 2-7] [화학식 2-8] [화학식 2-9]
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-8에 있어서, Q1 내지 Q16은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고, a1 내지 a16은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 1로 표시되는 함인 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
중 선택되는 어느 하나인 함인 화합물:
[화합물군 1]
다른 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역; 상기 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층; 상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및 상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 함인 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, X는 O, S, NRa, CRbRc, SiRdRe, 또는 GeRfRg 이고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
R9는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
Ra 내지 Rg는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, n은 0 또는 1이고, Y는 직접 결합, O, S, CRhRi, SiRjRk, 또는 GeRlRm 일 수 있다.
R10 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
Rh 내지 Rm은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 함인 화합물은 열활성화 지연 형광 재료일 수 있다.
상기 발광층은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
중 선택되는 어느 하나인 함인 화합물:
[화합물군 1]
일 실시예의 함인 화합물은 유기 전계 발광 소자의 구동 전압을 낮추고 색순도를 개선할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 발광층에 일 실시예의 함인 화합물을 포함하여 구동 전압을 낮추고 색순도를 개선하여 발광 소자의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 
는 연결되는 위치를 의미한다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 및 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 바이페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 인접하는 기와 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentene)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 50 이하, 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, i-부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기, 섹시페닐기, 트리페닐렌기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다.
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 이종 원소로 O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하 또는 2 이상 20 이하이다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로아릴기 또는 다환식 헤테로아릴기일 수 있다. 다환식 헤테로아릴기는 예를 들어, 2환 또는 3환 구조를 갖는 것일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 페녹사질기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오페닐기, 티에노티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난트롤린기, 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 헤테로아릴렌기는 2가인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 아미노기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아미노기는 알킬 아미노기 및 아릴 아미노기를 포함할 수 있다. 아미노기의 예로는 메틸아미노기, 디메틸아미노기, 페닐아미노기, 디페닐아미노기, 나프틸아미노기, 9-메틸-안트라세닐아미노기, 트리페닐아미노기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
이하에서는 일 실시예에 따른 함인 화합물에 대하여 설명한다.
일 실시예의 함인 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, X는 O, S, NRa, CRbRc, SiRdRe, 또는 GeRfRg 일 수 있다. 또한, Ra 내지 Rg는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
R1 내지 R8은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
R9는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다. 한편, R9는 이웃하는 치환기와 고리를 형성하지 않는 것일 수 있다. 예를 들어, R9는 이웃하는 R8과 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는다.
또한, 화학식 1에서, R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, n은 0 또는 1일 수 있다. 또한, n이 1인 경우, Y는 직접 결합(direct linkage), O, S, CRhRi, SiRjRk, 또는 GeRlRm 일 수 있다. 직접 결합은 예를 들어, 단일 결합일 수 있다. 예를 들어, Y가 직접 결합인 경우 화학식 2는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다.
Rh 내지 Rm은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
화학식 2에서, R10 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다. 예를 들어, 화학식 2에서 R10 내지 R17은 각각 독립적으로 수소 원자이거나 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있다. 구체적으로, 화학식 2에서 R10 내지 R17은 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 메틸기일 수 있다.
한편, 화학식 1에서 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 상기 화학식 2로 표시되는 것이며, 나머지는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1에서 R1 내지 R8 중 어느 하나가 상기 화학식 2로 표시되는 것이며, 나머지는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물에서, R1 내지 R8 중 적어도 하나는 상기 화학식 2로 표시되는 것이고, 나머지는 수소 원자일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물에서 R1 내지 R8 중 어느 하나는 상기 화학식 2로 표시되는 것이고, 나머지는 수소 원자일 수 있다. 구체적으로, 일 실시예의 함인 화합물에서 R3은 상기 화학식 2로 표시되는 것이고, R1, R2, R4 내지 R8은 수소 원자일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 일 실시예의 함인 화합물에서 R1, R2 및 R4 중 어느 하나가 화학식 2로 표시되는 것이고, R3을 포함한 나머지는 수소 원자일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, R5 내지 R17, X, Y, 및 n은 상기 화학식 1 및 화학식 2에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
화학식 3은 화학식 1의 화합물에서 R1 내지 R4 중 어느 하나가 화학식 2로 표시되는 함인 화합물을 나타낸 것이다. 예를 들어, 화학식 3은 화학식 1로 표시되는 화합물에서 R1 내지 R4 중 어느 하나는 화학식 2로 표시되는 것이고, 이를 제외한 나머지 R5 내지 R8은 수소 원자일 수 있다.
또한, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R9 내지 R17, X, 및 n은 상기 화학식 1 및 화학식 2에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
또한, 상기 화학식 4에서 R18 내지 R24는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 직접 결합, O, S, CRhRi, SiRjRk, 또는 GeRlRm 이고, Rh 내지 Rm은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1] [화학식 1-2]
[화학식 1-3] [화학식 1-4]
[화학식 1-5] [화학식 1-6]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에 있어서, R1 내지 R9, 및 Ra 내지 Rg는 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 예를 들어, 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에서, R9는 치환 또는 비치환된 아릴기, 또는 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이고, R1 내지 R8은 수소 원자일 수 있다.
화학식 1-1은 X가 O인 경우, 화학식 1-2는 X가 S인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 1-3 및 화학식 1-4는 각각 X가 NRa 및 CRbRc인 경우를 나타낸 것이다. 또한, 화학식 1-5 및 화학식 1-6은 각각 X가 SiRdRe 및 GeRfRg인 경우를 나타낸 것이다.
화학식 1에서, X가 NRa인 화학식 1-3의 경우일 때, Ra는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ra는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 구체적으로, Ra는 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 1에서, X 가 CRbRc인 화학식 1-4의 경우, Rb 및 Rc는 서로 동일한 것이거나 또는 서로 상이할 수 있다. Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다. Rb 및 Rc는 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, CRbRc의 Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있다. 예를 들어, Rb 및 Rc는 모두 메틸기일 수 있다. 또한, CRbRc의 Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. 예를 들어, Rb 및 Rc는 모두 페닐기일 수 있다.
또한, X가 SiRdRe인 화학식 1-5와 X가 GeRfRg인 화학식 1-6의 경우, Rd 내지 Rg는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다. 화학식 1-5에서 Rd 및 Re는 서로 동일한 것이거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, Rd 및 Re는 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 화학식 1-6에서 Rf 및 Rg는 서로 동일한 것이거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, Rf 및 Rg는 서로 결합하여 고리를 형성하거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물에서, R9는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 R9는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 구체적으로 R9는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 R9는 할로겐 원자로 치환된 페닐기이거나, 알킬기로 치환된 페닐기, 또는 시아노기로 치환된 페닐기일 수 있다. 구체적으로 R9는 적어도 하나의 수소 원자가 F(fluorine)로 치환된 페닐기일 수 있다. 또는 R9는 적어도 하나의 수소 원자가 메틸기로 치환된 페닐기일 수 있다.
또한, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물에서, R9는 치환 또는 비치환된 피리딜기, 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다. 구체적으로 일 실시예의 함인 화합물에서 R9는 비치환된 피리딜기, 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다.
한편, 상기 화학식 2에서 Y는 직접 결합, 또는 CRhRi일 수 있다. Rh 및 Ri는 서로 동일하거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다. Rh 및 Ri는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. Rh 및 Ri는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. Rh 및 Ri는 서로 결합하여 플루오렌 고리를 형성할 수 있다. 또는, Rh 및 Ri는 서로 결합하여 헤테로고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, Rh 및 Ri는 서로 결합하여 크산텐(xanthene) 고리를 형성하는 것일 수 있다.
상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-9 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2] [화학식 2-3]
[화학식 2-4] [화학식 2-5] [화학식 2-6]
[화학식 2-7] [화학식 2-8] [화학식 2-9]
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-8에 있어서, Q1 내지 Q16은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고, a1 내지 a16은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. 한편, 화학식 2-1 내지 화학식 2-8은 화학식 2에서 n=1인 경우를 나타낸 것이고, 화학식 2-9는 n=0인 경우를 나타낸 것이다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 1]
일 실시예의 함인 화합물은 전자 수용체(electron acceptor) 및 전자 공여체(electron donor)를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1로 표시되는 부분은 전자 수용체이고, 화학식 2로 표시되는 부분은 전자 공여체일 수 있다.
즉, 일 실시예에서 
부분은 전자 수용체에 해당하며, R1 내지 R8 중 어느 하나인 
부분은 전자 공여체에 해당하는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예의 함인 화합물은 열활성 지연 형광 발광(TADF) 재료일 수 있다.
상술한 일 실시예의 함인 화합물은 유기 전계 발광 소자의 재료로 사용되어 유기 전계 발광 소자의 구동 전압을 낮추고 발광반치폭을 좁힐 수 있다. 일 실시예의 함인 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광층에 포함되어 열활성 지연 형광 발광 재료로 사용될 수 있다.
특히, 일 실시예의 함인 화합물은 전자 수용체에 해당하는 
부분에 원자 반경이 큰 S 원자를 포함하여 인접 분자들 간의 스택킹(stacking)을 저해함으로써 인접 분자들간의 상호 작용을 억제할 수 있다. 따라서, S 원자를 포함하는 일 실시예의 함인 화합물은 유기 전계 발광 소자의 재료로 사용되어 유기 전계 발광 소자의 발광반치폭을 좁혀 색순도를 개선시킬 수 있으며, 또한 저전압 구동이 가능하도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 함인 화합물에 대하여는 구체적으로 설명하지 않으며, 설명되지 않은 부분은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 함인 화합물의 설명에 따른다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)은 서로 마주하고 배치되며, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에는 복수의 유기층들이 배치될 수 있다. 복수의 유기층들은 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML)에 상술한 일 실시예의 함인 화합물을 포함할 수 있다.
아래의 유기 전계 발광 소자(10)에 대한 설명에서는 발광층(EML)에 일 실시예의 함인 화합물을 포함하는 경우에 대하여 상세히 설명한다. 하지만, 실시예는 이에 한정되지 않으며, 일 실시예의 함인 화합물은 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 유기층들 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 함인 화합물은 정공 수송 영역(HTR)에 포함되는 것일 수 있다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode)일 수 있다.
제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 예시된 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 300Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 물질과 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)으로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층, 정공 주입층(HIL)/정공 버퍼층, 정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함하는 경우 정공 주입층(HIL)은 공지의 정공 주입 재료를 포함하는 것일 수 있다.
공지의 정공 주입 재료는 예를 들어, 트리페닐아민 함유 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-이소프로필-4'-메틸디페닐요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)붕산염(PPBI), N, N'-디페닐-N, N'-비스-[4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐]-페닐-4, 4'-디아민(DNTPD), 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 4, 4', 4?-트리스(3-메틸 페닐 페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), N, N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB), 4,4',4?-트리스{N,N 디페닐 아미노} 트리페닐아민(TDATA), 4,4',4?-트리스(N,N-2-나프틸 페닐아미노)트리페닐아민(2-TNATA), 폴리아닐린/도데실 벤젠 설폰산PANI/DBSA), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캄퍼설폰산(PANI/CSA), 또는, 폴리아닐린/폴리(4-스티렌설포네이트)(PANI/PSS) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함하는 경우 정공 수송층(HTL)은 공지의 정공 수송 재료를 포함하는 것일 수 있다.
공지의 정공 수송 재료는 예를 들어, 1,1-비스[(디-4-트릴아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), N-페닐카바졸(N-Phenyl carbazole), 폴리비닐카바졸(Polyvinyl carbazole) 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), 4,4',4?-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민(TCTA), N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB) 등을 들 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 모두 포함하면, 정공 주입층(HIL)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
앞서 언급한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다.
발광층(EML)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공된다. 발광층(EML)의 두께는 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å인 것일 수 있다. 발광층(EML)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
발광층(EML)은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 함인 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)은 하기 화학식 1로 표시되는 함인 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, X는 O, S, NRa, CRbRc, SiRdRe, 또는 GeRfRg 일 수 있다. 또한, Ra 내지 Rg는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
R1 내지 R8은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
R9는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
또한, 화학식 1에서, R1 내지 R8 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, n은 0 또는 1이고, n이 1인 경우 Y는 직접 결합(direct linkage), O, S, CRhRi, SiRjRk, 또는 GeRlRm 일 수 있다. 직접 결합은 예를 들어, 단일 결합일 수 있다. 예를 들어, Y가 직접 결합인 경우 화학식 2는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다.
Rh 내지 Rm은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
화학식 2에서, R10 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
한편, 화학식 1 및 화학식 2에서, X, Y, R1 내지 R17에 관한 구체적인 설명은 상술한 일 실시예의 함인 화합물에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 함인 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 화학식 1로 표시되는 함인 화합물은 일 실시예의 유기 전계 발광 소자의 발광층(EML)에 포함되어 열활성 지연 형광 발광을 하는 것일 수 있다.
발광층(EML)은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, X, Y, 및 R5 내지 R17에 관한 구체적인 설명은 상술한 일 실시예의 함인 화합물에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 한편, 화학식 1 또는 화학식 3으로 표시되는 함인 화합물에서 R9는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또한, 화학식 3에서 R5 내지 R8은 수소 원자일 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R9 내지 R17, X, 및 n은 상기 화학식 1 및 화학식 2에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
또한, 상기 화학식 4에서 R18 내지 R24는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기일 수 있다.
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 직접 결합, O, S, CRhRi, SiRjRk, 또는 GeRlRm 이고, Rh 내지 Rm은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 4 이상 30 이하의 헤테로 아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
또한, 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-9 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2] [화학식 2-3]
[화학식 2-4] [화학식 2-5] [화학식 2-6]
[화학식 2-7] [화학식 2-8] [화학식 2-9]
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-8에 있어서, Q1 내지 Q16은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고, a1 내지 a16은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. 한편, 화학식 2-1 내지 화학식 2-8은 화학식 2에서 n=1인 경우를 나타낸 것이고, 화학식 2-9는 n=0인 경우를 나타낸 것이다.
발광층(EML)은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
[화합물군 1]
한편, 발광층(EML)은 상술한 일 실시예의 함인 화합물 이외 공지의 재료를 더 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 공지의 재료로 스피로-DPVBi(spiro-DPVBi), 스피로-6P(spiro-6P, 2,2',7,7'-tetrakis(biphenyl-4-yl)-9,9'-spirobifluorene(spiro-sexiphenyl)), DSB(distyryl-benzene), DSA(distyryl-arylene), PFO(Polyfluorene)계 고분자 및 PPV(poly(p-phenylene vinylene)계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함인 화합물은 발광층(EML)에 포함되어 지연 형광을 방사하는 것일 수 있다. 즉, 일 실시예의 함인 화합물은 지연 형광 재료이다. 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물은 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함인 화합물은 지연 형광을 방사하기 위해, 전자 수용체(electron acceptor) 및 전자 공여체(electron donor)를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 일 실시예의 함인 화합물에서, 
부분은 전자 수용체에 해당하며, R1 내지 R8 중 어느 하나인 
부분은 전자 공여체에 해당하는 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물을 발광층(EML)에 포함하여 발광 효율을 개선할 수 있다. 일 실시예의 함인 화합물을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(100)는 고전류 밀도 영역(예를 들어, 10mA/㎠ 이상)에서 낮은 구동 전압을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 함인 화합물을 발광층(EML)에 포함하여 발광반치폭을 좁게함으로써 개선된 색순도를 가질 수 있으며, 특히 고전류 밀도에서의 낮은 구동 전압을 가짐으로써 유기 전계 발광 소자의 응용 범위를 확대할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예의 함인 화합물은 청색광을 발광하는 열 활성화 지연 형광 재료일 수 있다. 따라서, 일 실시예의 함인 화합물이 포함된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 일 실시예의 함인 화합물은 녹색광 또는 적색광을 발광하는 열 활성화 지연 형광 재료일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함인 화합물은 발광층(EML)의 도펀트 재료로서 포함될 수 있다.
발광층(EML)은 호스트를 더 포함할 수 있다. 호스트는 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 호스트는 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(n-vinylcabazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2′'-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene), DPEPO (bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CP1 (Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2 (1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4 (Octaphenylcyclotetra siloxane), PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran) 등이 사용될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층, 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 공지의 재료를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), , 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함하는 경우 전자 수송층(ETL)들의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 공지의 재료를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, LiQ (Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또는 RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함하는 경우 전자 주입층(EIL)들의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층을 포함할 수 있다. 정공 저지층은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 도전성을 갖는다. 제2 전극(EL2)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제2 전극(EL2)은 캐소드(cathode)일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)DL 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 예시된 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
유기 전계 발광 소자(10)에서, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)에 각각 전압이 인가됨에 따라 제1 전극(EL1)으로부터 주입된 정공(hole)은 정공 수송 영역(HTR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동되고, 제2 전극(EL2)으로부터 주입된 전자가 전자 수송 영역(ETR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동된다. 전자와 정공은 발광층(EML)에서 재결합하여 여기자(exciton)을 생성하며, 여기자가 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.
유기 전계 발광 소자(10)가 전면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 반사형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다. 유기 전계 발광 소자(10)가 배면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 반사형 전극일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 상술한 일 실시예의 함인 화합물을 포함하여 개선된 발광 효율을 가질 수 있다. 또한 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 상술한 함인 화합물을 발광층에 포함하여 함인 화합물이 열 활성 지연 형광 과정으로 발광하도록 함으로써 고효율을 구현할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 일 실시예의 함인 화합물을 발광층에 포함하여 고전류밀도 영역에서 낮은 구동 전압을 구현할 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 함인 화합물 및 일 실시예의 함인 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 함인 화합물의 합성
먼저, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 함인 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물군 1의 화합물 21, 화합물 22 및 화합물 23의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 함인 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 함인 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(화합물 21의 합성)
일 실시예에 따른 함인 화합물 21은 예를 들어 하기 반응식 1에 의해 합성될 수 있다.
[반응식1] 
질소분위기하, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물 B 2.91g, 화합물 A 3.00g, 초산 팔라듐 0.05g, tBu3P·HBF4(Tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate) 0.35g, 나트륨tert-부톡시드(Sodium tert-butoxide) 1.86g을 넣고, 100mL의 톨루엔 용매중 110℃로 하루 동안 가열 환류하고, 이후 1.56g의 고체화합물을 얻었다. 다음으로, 질소분위기하의 300mL의 삼구 플라스크에 화합물C 1.00g, LAWSON 시약(Lawesson”s reagent) 1.25g을 넣고, 100mL의 톨루엔 용매중 110℃로 하루 동안 가열 환류했다. 얻어진 잔여물을 실리카겔컬럼크로마토그래피 (클로로포름과 헥산과의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후, 다이클로로메테인(dichloromethane)과 헥산 혼합 용매로 재결정을 하고, 황색고체화합물을 0.76g 얻었다 (수율75%).
1H NMR측정으로 측정된 화합물의 케미칼 시프트 값(??)은 1H NMR (400MHz, DMSO, ??):8.18(d, J=8.0Hz, 0.5H), 8.14(d, J=8.0Hz, 0.5H), 7.97(d, J=7.6Hz, 2H), 7.90-7.84 (m, 1H), 7.79-7.72 (m, 4H), 7.58-7.56 (m, 4H), 7.54-7.41 (m, 4H), 7.37(d, J=7.6Hz, 2H), 7.31(td, J=7.4Hz, 0.8Hz, 2H), 6.79(dd, J=8.8Hz, 2.0Hz, 2H), 6.29(d, J=8.0Hz, 2H), 6.03(d, J=2.0Hz, 2H), 1.88(s, 6H)이었다. 상기 결과로, 황색고체화합물이 화합물 21인 것을 확인했다.
(화합물 22의 합성)
일 실시예에 따른 함인 화합물 22는 예를 들어 하기 반응식 2에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
질소분위기하, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물B 4.32g, 화합물D 4.65g, 초산 팔라듐 0.08g, tBu3P·HBF4 0.52g, 나트륨tert-부톡시드 2.77g를 넣고, 150mL의 톨루엔 용매중 110℃로 하루 동안 가열 환류하여, 3.94g의 고체화합물을 얻었다. 다음으로 질소분위기하, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물 E 2.50g, LAWSON 시약 3.04g를 넣고, 150mL의 톨루엔 용매중 110℃로 하루 동안 가열 환류했다. 얻어진 잔여물을 실리카겔컬럼크로마토그래피 (클로로포름과 헥산과의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후, 다이클로로메티인과 헥산 혼합 용매로 재결정을 하고, 황색고체화합물을 1.76g 얻었다 (수율69%).
1H NMR측정으로 측정된 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 1H NMR (400MHz, DMSO, δ):8.75(d, J=8.0Hz, 0.5H), 8.72(d, J=8.0Hz, 0.5H), 8.49-8.43 (m, 1H), 8.04(dd, J=4.0Hz, 2.0Hz, 1H), 7.97(d, J=7.2Hz, 2H), 7.90(dt, J=8.0Hz, 1.7Hz, 1H), 7.83-7.72 (m, 3H), 7.55-7.51 (m, 1H), 7.49-7.41 (m, 4H), 7.38 (t, J=7.2Hz, 2H), 7.34-7.28 (m, 4H), 6.79(dd, J=9.0Hz, 1.8Hz, 2H), 6.22(d, J=8.4Hz, 2H), 6.02(d, J=2.0Hz, 2H), 1.88(s, 6H)이었다. 상기 결과로, 황색고체화합물이 화합물 22인 것을 확인했다.
(화합물 23의 합성)
일 실시예에 따른 함인 화합물 23은 예를 들어 하기 반응식 3에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3]
질소분위기하, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물B 2.42g, 화합물F 3.00g, 초산 팔라듐 0.05g, tBu3P·HBF4 0.29g, 나트륨tert-부톡시드1.55g를 넣고, 100mL의 톨루엔 용매중 110℃로 하루 동안 가열 환류하고, 1.62g의 고체화합물을 얻었다. 그 다음에, 질소분위기아래, 300mL의 삼구 플라스크에 화합물G 1.10g, LAWSON 시약 1.23g를 넣고, 100mL의 톨루엔 용매중 110℃로 하루 동안 가열 환류했다. 얻어진 잔여물을 실리카겔컬럼크로마토그래피 (클로로포름과 헥산과의 혼합 용매를 사용)로 정제한 후, 톨루엔 용매로 재결정을 하고, 황색고체화합물을 0.78g 얻었다 (수율70%).
1H NMR측정으로 측정된 화합물의 케미칼 시프트 값(δ)은 1H NMR (400MHz, DMSO, δ):8.29(d, J=8.0Hz, 0.5H), 8.26(d, J=8.0Hz, 0.5H), 8.01-7.94 (m, 3H), 7.79-7.73 (m, 4H), 7.69(tt, J=7.4Hz, 1.5Hz, 1H), 7.62-7.55 (m, 5H), 7.48(td, J=7.9Hz, 1.0Hz, 1H), 7.42(td, J=7.4Hz, 0.9Hz, 3H), 7.27 (t, J=7.2Hz, 1H), 7.22(td, J=7.5Hz, 1.1Hz, 2H), 7.11(d, J=7.2Hz, 2H), 6.77(dd, J=8.8Hz, 1.6Hz, 2H), 6.55-6.48 (m, 2H), 6.22(d, J=8.4Hz, 2H), 5.99(d, J=1.6Hz, 2H), 1.87(s, 6H)이었다. 상기 결과로, 황색고체화합물이 화합물 23인 것을 확인했다.
2. 함인 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 및 평가
(유기 전계 발광 소자의 제작)
일 실시예의 함인 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 상술한 화합물 21 및 화합물 22의 함인 화합물을 발광층 재료로 사용하여 실시예 1 내지 실시예 2의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 비교예 1은 하기 비교예 화합물 C1을 발광층 재료로 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서 발광층을 형성하는데 사용한 화합물은 표 1에 나타내었다.
| 화합물 21 |
 |
| 화합물 22 |
 |
| 비교예 화합물 C1 |
 |
실시예 및 비교예의 유기 전계 발광 소자는 아래의 방법으로 제조 하였다.
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 UV 오존 처리를 10분간 실시했다. 그 후, HAT-CN으로 두께 100Å의 정공 주입층을 형성하고, NPB로 두께 800Å의 정공 수송층을 형성하였다.
다음으로, 실시예들은 일 실시예의 함인 화합물(화합물 21 또는 화합물 22)과 DPEPO를 24:76의 비율로 혼합한 발광층을 형성하였다. 발광층의 두께는 200Å로 형성하였다. 발광층 상에 TPBi로 두께 300Å의 전자 수송층을 형성하고, LiF로 두께 5Å의 전자 주입층을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
실시예에서, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
비교예 1의 경우 비교예 화합물 C1과 DPEPO를 24:76의 비율로 혼합하여 발광층을 형성한 것을 제외하고는 실시예의 유기 전계 발광 소자의 제작 방법과 동일하게 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 외부 양자 효율의 최대값 및 전류 밀도 10mA/㎠에서의 외부 양자 효율 값을 평가하였다. 유기 전계 발광 소자의 전압 및 전류밀도는 소스 미터(Keithley Instrument사, 2400 series)를 이용하여 측정하였으며, 휘도 및 외부 양자 효율은 하마마츠 포토닉스 사의 외부 양자 효율 측정 장치 C9920-12를 사용하여 측정하였다.
또한, 실시예 및 비교예의 발광반치폭을 측정하였다. 발광반치폭은 외부 양자 효율 측정 장치 C9920-12를 이용하여 측정한 전류 밀도 10mA/㎠에서의 발광 스펙트럼에서 휘도가 최대 휘도의 절반이 되는 파장 중에서 장파장측의 파장 λ2와 단파장측의 파장 λ1의 차이로 나타낸 것이다. 즉, 발광반치폭은 아래의 식으로부터 구해지는 것이다.
발광반치폭 (nm) = λ2- λ1
유기 전계 발광 소자의 특성 평가 결과는 표 2에 나타낸다.
| 구분 | 발광층의 도펀트 | 전압 @10mA/㎠ (V) |
발광반치폭 (nm) |
외부 양자 수율 최대값(%) |
| 실시예 1 | 화합물 21 | 6.4 | 65 | 4.7 |
| 실시예 2 | 화합물 22 | 6.5 | 66 | 10.2 |
| 비교예 1 | 비교예 화합물 C1 | 13.5 | 90 | 12.3 |
실시예 1 및 2는 화합물 21 및 화합물 22를 각각 발광층의 도펀트로 포함한 유기 전계 발광 소자이다. 비교예 1은 발광층 도펀트로 비교예 화합물 C1을 포함한 유기 전계 발광 소자이다.
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 2의 유기 전계 발광 소자가 비교예 1의 유기 전계 발광 소자와 비교하여 고전류 밀도인 10mA/㎠의 전류 밀도에서의 전압이 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 1 내지 실시예 2의 경우 비교예 1과 비교하여, 고전류 밀도에서는 비교예에 비하여 개선된 구동 전압 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 2의 유기 전계 발광 소자가 비교예 1의 유기 전계 발광 소자와 비교하여 발광반치폭이 좁게 나타나는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 1 내지 실시예 2의 경우 비교예 1과 비교하여 좁은 발광반치폭을 나타냄으로써 색순도가 높은 유기 전계 발광 소자를 구현할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 상술한 일 실시예의 함인 화합물을 발광층에 포함하여 낮은 구동 전압 및 높은 색순도를 얻을 수 있다. 일 실시예의 함인 화합물은 열활성화 지연 형광 발광 재료로 사용되어 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선할 수 있으며, 특히 고전류 밀도에서의 유기 전계 발광 소자의 발광 특성을 개선할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 유기 전계 발광 소자 EL1: 제1 전극
HTR: 정공 수송 영역 EML: 발광층
ETR: 전자 수송 영역 EL2: 제2 전극
HTR: 정공 수송 영역 EML: 발광층
ETR: 전자 수송 영역 EL2: 제2 전극
Claims (15)
- 하기 화학식 3으로 표시되는 함인 화합물:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
X는 O, S, 또는 NRa 이고,
R9는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고,
Ra는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이며,
R10 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이다. - 제 1항에 있어서,
상기 R9는 치환 또는 비치환된 페닐기인 함인 화합물. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1로 표시되는 함인 화합물:
[화학식 3-1]
상기 화학식 3-1에서, R12 및 R15는 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는 메틸기이고,
상기 X 및 R9는 상기 화학식 3에서 정의한 바와 같다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 함인 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 함인 화합물:
[화합물군 1]
. - 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
상기 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층;
상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하고,
상기 발광층은 하기 화학식 3으로 표시되는 함인 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
X는 O, S, 또는 NRa 이고,
R9는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이고,
Ra는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기이며,
R10 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이다. - 제 10항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 함인 화합물은 열활성화 지연 형광 재료인 유기 전계 발광 소자. - 삭제
- 제 10항에 있어서,
상기 R9는 치환 또는 비치환된 페닐기인 유기 전계 발광 소자. - 제 10항에 있어서,
상기 화학식 3는 하기 화학식 3-1으로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
[화학식 3-1]
상기 화학식 3-1에서, R12 및 R15는 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는 메틸기이고,
상기 X 및 R9는 상기 화학식 3에서 정의한 바와 같다.. - 제 10항에 있어서,
상기 발광층은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
[화합물군 1]
.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |