KR102548740B1 - 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층을 포함하는 정의된 층 배열을 포함하는 전자발광 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자발광 장치에 관한 것이며, 이러한 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들이 서로 매칭되고,
- 적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 발광층은:
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물
을 포함하고,
- 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은:
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트, 또는
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트 및 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물
을 포함하고;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은:
- 적어도 하나의 산화환원 n-도판트, 및
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물
을 포함한다.
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들이 서로 매칭되고,
- 적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 발광층은:
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물
을 포함하고,
- 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은:
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트, 또는
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트 및 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물
을 포함하고;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은:
- 적어도 하나의 산화환원 n-도판트, 및
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물
을 포함한다.
Description
본 발명은 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층을 포함하는 정의된(defined) 층 배열을 포함하는 전자발광 장치, 특히 유기 발광 다이오드(OLED), 및 이의 디스플레이 장치에 관한 것이며, 여기서, 이의 조성물은 서로 완벽하게 매칭된다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 자발광 장치(self-emitting device)로서, 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답, 높은 밝기, 우수한 구동 전압(driving voltage) 특성 및 색 재현성을 가진다. 일반적인 OLED는 기판 상에 순차적으로 적층된 애노드, 정공 수송층 HTL, 방출층 EML, 전자 수송층 ETL 및 캐소드를 포함한다. 이와 관련하여, HTL, EML 및 ETL은 유기 화합물로 형성된 박막이다.
애노드 및 캐소드에 전압이 인가되면, 애노드로부터 주입되는 정공이 HTL을 통해 EML로 이동하고 캐소드로부터 주입되는 전자는 ETL을 거쳐 EML로 이동한다. 정공과 전자는 EML에서 재결합하여 엑시톤을 생성한다. 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때, 빛이 방출된다. 형광 OLED에서, EML은 단수명 단일항(singlet) 여기 상태로부터 복사 전이(radiative transition)를 가능하게 하는 형광 이미터를 포함한다. 형광 이미터는 주로, 청색 또는 청녹색 색상을 갖는 광을 방출하는 OLED에서 이용된다.
밝기(brightness)/휘도(luminance)가 높은 한편 운전 전압(operational voltage)이 가능한 한 낮고, 상술한 구조를 갖는 OLED가 우수한 효율 및/또는 긴 수명을 갖기 위해서는, 정공 및 전자의 주입 및 흐름이 균형을 이루는 목적을 갖는 개선된 OLED 물질의 개발에 대해 계속된 요구가 존재한다.
나아가, OLED 방출층에서 형광 이미터를 위한 많은 다양한 호스트 화합물뿐만 아니라 전자 수송층을 위한 많은 다양한 전자 수송 매트릭스는 당업계에 공지되어 있다. 그러나 아직까지, 이미터 호스트의 극성, 및 방출층에 인접한 전자 수송층에서 이미터 호스트와 전자 수송 매트릭스 사이의 적합도(fit)가 장치 효율에 중요할 것인지의 질문에 대해 특정한 관심이 기울여지지 않았다.
전자발광 장치 성능, 특히 전력 효율에서 추가의 증가를 가능하게 하기 위해, 본 발명은 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층을 포함하는 정의된 층 배열의 사용을 실행하며, 여기서, 이의 조성물은 서로 완벽하게 매칭된다.
본 발명의 양태는 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층을 포함하는 정의된 층 배열을 포함하는 전자발광 장치를 제공하며, 여기서, 이의 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물은 특히 상부 및/또는 하부 방출 유기 발광 다이오드(OLED)에서 효율, 특히 전력 효율, 및 유리하게는 또한 외부 양자 효율 EQE, 낮은 운전 전압 및 긴 수명을 증가시키기 위해 서로 완벽하게 매칭된다.
본 발명의 일 양태는 전자발광 장치를 제공하고, 상기 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
여기서, 전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들은 서로 매칭되고,
- 적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 발광층은:
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물
을 포함하고,
- 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은:
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트, 또는
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트 및 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물
을 포함하고;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은:
- 적어도 하나의 산화환원 n-도판트, 및
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물
을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 전자발광 장치를 제공하며, 상기 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들이 서로 매칭되고,
- 적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 발광층은:
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물을 포함하며,
- 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초(basis) 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체(lowest energy conformer)에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이(Debye) 내지 약 ≤ 2.0 디바이 범위로 가지고;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은:
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트, 또는
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트 및 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물
을 포함하고;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은:
- 적어도 하나의 산화환원 n-도판트, 및
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물
을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 전자발광 장치를 제공하며, 상기 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들이 서로 매칭되고,
- 상기 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되고, 상기 발광층은 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물을 포함하며;
- 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되고, 상기 제1 정공 수송층은 적어도 하나의 전기적 p-도판트 및/또는 적어도 하나의 정공 수송 매트릭스 화합물을 포함하며;
- 상기 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되고, 상기 제1 전자 수송층은 적어도 하나의 산화환원 n-도판트 및 적어도 하나의 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물을 포함하며;
- 극성 이미터 호스트 물질은 적어도 3개의 방향족 고리를 갖는 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물을 포함하고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택된다.
일 구현예에 따르면, 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가질 수 있으며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되고, 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 화학식 1로 표시된 안트라센 화합물이며:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 C6-C60 헤테로아릴이다.
일 구현예에 따르면, 적어도 하나의 발광층은
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물을 포함하며, 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이 내지 약 ≤ 2.0 디바이 범위로 가지고, 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 화학식 1로 표시된 안트라센 화합물이며:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 C6-C60 헤테로아릴이다.
본 발명의 또 다른 양태는 전자발광 장치를 제공하며, 상기 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들이 서로 매칭되고,
- 적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며,
적어도 하나의 상기 발광층은
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물을 포함하며, 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 독립적으로 선택되는 적어도 3개의 방향족 고리를 가지고, 화학식 1로 표시된 안트라센 화합물이며:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 C6-C60 헤테로아릴이며;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며,
적어도 하나의 제1 정공 수송층은
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트를 포함하고, 상기 전기적 p-도판트는
a) 유기 화합물로서,
(i) 퍼할로겐화된 알킬로서, 여기서, 상기 퍼할로겐화된 알킬 내의 할로겐이 바람직하게는 F 및 Cl로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 상기 퍼할로겐화된 알킬이 퍼플루오로알킬인, 퍼할로겐화된 알킬,
(ii) 카르보닐기,
(iii) 설포닐기,
(iv) 니트릴기,
(v) 니트로기
로부터 선택되는 적어도 하나의, 바람직하게는 적어도 2개의, 보다 바람직하게는 적어도 3개의, 가장 바람직하게는 적어도 4개의 전자 끄는 기(들)를 포함하는 유기 화합물;
b) 금속 옥사이드, 금속 염 및 금속 착화합물로서, 여기서, 금속 옥사이드, 금속 염 및/또는 금속 착화합물 내의 금속이 바람직하게는 이의 최대 산화 상태로 존재하는, 금속 옥사이드, 금속 염 및 금속 착화합물
로부터 선택되거나;
- 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템을 포함하는 군으로부터 선택되는 선택적인 추가의 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물을 포함하고;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은
- 원소 금속의 적어도 하나의 산화환원 n-도판트를 포함하며, 상기 산화환원 n-도판트는
a) 원소 금속으로서, 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속으로부터 선택되며; 보다 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sm, Eu, Yb로부터 선택되며; 더욱 바람직하게는 Li, Na, Cs, Mg, Sr, Yb로부터 선택되며; 더욱 더 바람직하게는 Li, Na, Mg, Yb로부터 선택되고; 가장 바람직하게는 Li 및/또는 Yb로부터 선택되는, 원소 금속;
b) 유기 라디칼로서, 바람직하게는 디아졸릴 라디칼, 옥사졸릴 라디칼 및 티아졸릴 라디칼로부터 선택되는, 유기 라디칼;
c) 전이 금속 착화합물로서, 여기서, 상기 전이 금속이 주기율표의 3족, 4족, 5족, 6족, 7족, 8족, 9족 또는 10족으로부터 선택되고, 산화 상태 (-I), (0), (I) 또는 (II)로 존재하고, 바람직하게는 상기 전이 금속 착화합물이 전기적으로 중성인, 전이 금속 착화합물
을 포함하는 군으로부터 선택되고;
상기 제1 전자 수송층은
- 화학식 2를 갖는 적어도 하나의 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물을 포함하며:
상기 화학식 2에서,
X는 O, S, Se로부터 선택되며;
R1 및 R2는 C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되며;
R3은 화학식 (2A),
또는 화학식 (2B)로부터 선택되며:
상기 화학식 (2A) 또는 화학식 (2B)에서,
*는 R4 또는 Ar1을 화학식 (I) 내의 인 원자에 결합시키기 위한 각각의 R4 또는 Ar1 기 내의 위치를 표시하고;
R4는 C1 내지 C8 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar1은 C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar2는 C18 내지 C40 아릴 및 C10 내지 C40 헤테로아릴로부터 선택되며;
R5는 H, C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되고;
n은 0, 1 또는 2로부터 선택된다.
놀랍게도, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층을 포함하는 정의된 층 배열이 전자발광 장치의 전력 효율을 증가시키는 것으로 확인되었으며, 여기서, 이의 조성물은 서로 완벽하게 매칭된다.
나아가 놀랍게도, 정의된 층 배열에 대해, 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물의 사용은 이의 비-극성 대안물과 비교하여 더 양호한 장치 성능을 가능하게 하는 것으로 확인되었다.
나아가, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 정의된 층 배열에 대해, 이미터 호스트의 극성과, 방출층에 인접하여 전자 수송층을 형성하는 전자 수송층 매트릭스 화합물의 극성 사이의 적절한 적합도(fit)는 예를 들어 높은 밝기를 갖는 당업계의 장치에서 장치 효율에 부가적인 개선 효과를 가질 수 있으며, 이는 전자발광 장치에서 적어도 하나의 전자 수송층 매트릭스 화합물에서 산화환원 n-도판트에 의해 가능해지는 것으로 확인되었다.
장치의 특정 양태는 하기에 상세히 기재되어 있다.
전자발광 장치, 예를 들어 OLED의 작동 조건은 본 명세서의 실험 파트에 기재되어 있다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 전자발광 장치는 유기 발광 다이오드 OLED일 수 있다. 일 구현예에서, 정의된 층 배열을 포함하는 OLED는 탠덤(tandem) OLED, 예를 들어 화이트 탠덤 OLED일 수 있다.
방출층 외부에서 본 발명의 장치에 포함되는 다른 화합물과 유사하게, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 전자발광 장치, 예를 들어 OLED의 작동 조건 하에 가시광을 방출하지 않을 수 있다.
원소 금속이란, 이는 순수한(neat) 금속, 금속 합금의 상태, 또는 자유 원자 또는 금속 클러스트의 상태에 있는 금속으로 이해된다. 금속상으로부터, 예를 들어 순수한 벌크 금속으로부터 진공 열 증착에 의해 증착되는 금속은 이의 원소 형태로 증발하는 것으로 이해된다. 나아가, 증발된 원소 금속이 공유 매트릭스와 함께 증착된다면, 금속 원자 및/또는 클러스터가 상기 공유 매트릭스 내에 포매되는 것으로 이해된다. 다시 말해, 진공 열 증착에 의해 제조된 임의의 금속 도핑된 공유 물질은 금속을 적어도 부분적으로는 이의 원소 형태로 함유하는 것으로 이해된다.
소비자 전자제품에 사용하기 위해, 안정한 핵종(nuclide) 또는 방사성 붕괴의 매우 긴 반감기를 갖는 핵종을 함유하는 금속만 적용 가능할 것이다. 핵 안정성의 허용 가능한 수준으로서, 천연 칼륨의 핵 안정성이 취해질 수 있다.
본 명세서에서, 정의가 다르게 제공되지 않는 경우, "치환된"은 C1 내지 C10 알킬로 치환되는 것을 지칭한다.
본 명세서에서, 정의가 다르게 제공되지 않는 경우, "알킬기"는 포화된 지방족 하이드로카르빌기를 지칭할 수 있다. 알킬기는 C1 내지 C10 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로, 알킬기는 C1 내지 C10 알킬기 또는 C1 내지 C6 알킬기일 수 있다. 예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬 사슬 내에 1 내지 4개의 탄소를 포함하고, 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸, 및 t-부틸로부터 선택될 수 있다.
알킬기의 구체적인 예는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기일 수 있다.
본 명세서에서, "아릴기"는 상응하는 방향족 탄화수소에서 방향족 고리로부터 하나의 수소 원자를 형식적으로 제거(formal abstraction)함으로써 생성될 수 있는 하이드로카르빌기를 지칭한다. 방향족 탄화수소는 적어도 하나의 방향족 고리 또는 방향족 고리 시스템을 함유하는 탄화수소를 지칭한다. 방향족 고리 또는 방향족 고리 시스템은 공유 결합된 탄소 원자의 평면형 고리(planar ring) 또는 고리 시스템을 지칭하며, 여기서, 평면형 고리 또는 고리 시스템은 휘켈 규칙(Hueckel's rule)을 충족하는 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함한다. 아릴기의 예는 페닐 또는 톨릴과 같은 모노사이클릭 기, 비페닐릴과 같이 단일 결합에 의해 연결된 더 많은 방향족 고리를 포함하는 폴리사이클릭 기, 및 나프틸 또는 플루오렌-2-일과 같이 융합된 고리를 포함하는 폴리사이클릭 기를 포함한다.
유사하게는, 헤테로아릴이란, 적어도 하나의 헤테로사이클릭 방향족 고리를 포함하는 화합물에서 이러한 고리로부터 하나의 고리 수소를 형식적으로 제거함으로써 유래되는 기인 것으로 이해된다.
헤테로사이클로알킬이란, 적어도 하나의 포화된 헤테로사이클릭 방향족 고리를 포함하는 화합물에서 이러한 고리로부터 하나의 고리 수소를 형식적으로 제거함으로써 유래되는 기인 것으로 이해된다.
용어 "헤테로"는, 공유 결합된 탄소 원자에 의해 형성될 수 있는 구조에서 적어도 하나의 탄소 원자가 또 다른 다가 원자에 의해 대체되는 방식으로 이해된다. 바람직하게는, 헤테로원자는 B, Si, N, P, O, S; 보다 바람직하게는 N, P, O, S로부터 선택된다.
본 명세서에서, 단일 결합은 직접 결합을 지칭한다.
본 발명의 맥락에서, "상이한"이란, 화합물들이 동일한 화학 구조를 갖고 있지 않음을 의미한다.
용어 "~이 없는", "함유하지 않는다", "포함하지 않는다"는, 증착 전에 화합물에 존재할 수 있는 불순물을 배제하지 않는다. 불순물은 본 발명에 의해 달성되는 목적에 관하여 기술적 효과를 갖지 않는다.
용어 "인접한"은 층들이 직접 접촉해 있는 2개의 층의 배열을 지칭한다.
본 명세서의 맥락에서, 용어 "본질적으로 비-방출성"은, 장치로부터의 발광 스펙트럼에의 화합물 또는 층의 기여도가 상기 가시 발광 스펙트럼을 기준으로 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만임을 의미한다. 가시 발광 스펙트럼은 파장이 약 ≥ 380 nm 내지 약 ≤ 780 nm인 발광 스펙트럼이다.
명세서에서, 정공 특징은, 전기장이 인가될 때 전자를 내놓아 정공을 형성하는 능력을 지칭하고, 애노드에서 형성된 정공은 방출층 내로 쉽게 주입되고 최고준위 점유 분자 오비탈(HOMO) 수준에 따른 전도성 특징으로 인해 상기 방출층에서 수송된다.
또한, 전자 특징은, 전기장이 인가될 때 전자를 받아들이는 능력을 지칭하고, 캐소드에서 형성된 전자는 방출층 내로 쉽게 주입되고 최저준위 비점유 분자 오비탈(LUMO) 수준에 따른 전도성 특징으로 인해 상기 방출층에서 수송된다.
본 발명의 또 다른 양태는 전자발광 장치를 제공하며, 상기 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들이 서로 매칭되고,
- 적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 발광층은:
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물을 포함하며,
- 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 바람직하게는 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이 내지 약 ≤ 2.0 디바이 범위로 가지고;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은:
- 퀴논 유도체, 금속 옥사이드 및/또는 시아노기-함유 화합물의 적어도 하나의 전기적 p-도판트, 또는
- 퀴논 유도체, 금속 옥사이드 및/또는 시아노기-함유 화합물의 적어도 하나의 전기적 p-도판트, 및 폴리사이클릭 방향족 탄화수소, 트리아릴 아민 화합물 및/또는 헤테로사이클릭 방향족 화합물의 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물
을 포함하며;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은
- 원소 금속, 전기적으로 중성인 금속 착화합물 및/또는 전기적으로 중성인 유기 라디칼의 적어도 하나의 산화환원 n-도판트, 및
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물
을 포함하고, 상기 방향족 매트릭스 화합물은 화학식 (2)에 따른 화합물이며:
상기 화학식 2에서,
X는 O, S, Se로부터 선택되며;
R1 및 R2는 C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되고;
R3은 화학식 (2A),
또는 화학식 (2B)로부터 선택되며:
상기 화학식 (2A) 또는 화학식 (2B)에서,
*는 R4 또는 Ar1을 화학식 (I) 내의 인 원자에 결합시키기 위한 각각의 R4 또는 Ar1 기 내의 위치를 표시하고;
R4는 C1 내지 C8 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar1은 C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar2는 C18 내지 C40 아릴 및 C10 내지 C40 헤테로아릴로부터 선택되며;
R5는 H, C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되고;
n은 0, 1 또는 2로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 양태는 전자발광 장치를 제공하며, 상기 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
전력 효율을 증가시키기 위해, 발광층, 정공 수송층 및 전자 수송층의 조성물들이 서로 매칭되고,
- 적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 발광층은:
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물, 바람직하게는 청색 형광 이미터 화합물을 포함하며,
- 적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 화학식 1로 표시된 안트라센 화합물이고, 및 선택적인 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물은 또한, 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이 내지 약 ≤ 2.0 디바이 범위로 가질 수 있고:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 C6-C60 헤테로아릴이고;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은
- 테트라시아노퀴논디메탄(TCNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라시아노-1,4-벤조퀴논디메탄(F4-TCNQ), 텅스텐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드, 및/또는 하기 화학식 HT-D1 및 PD-2에 따른 화합물의 적어도 하나의 전기적 p-도판트:
- 테트라시아노퀴논디메탄 (TCNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라시아노-1,4-벤조퀴논디메탄(F4-TCNQ), 텅스텐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드, 및/또는 화학식 HT-D1 및 PD-2에 따른 화합물의 적어도 하나의 전기적 p-도판트;
및 또한,
- 하기 화합물의 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물을 포함하고:
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은
- 실질적으로 안정한 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 전이 금속 Ti, V, Cr 및 Mn; 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sm, Eu, Tm, Yb; 보다 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg 및 Yb, 보다 더 바람직하게는 Li, Na, Cs 및 Yb, 가장 바람직하게는 Li, Na 및 Yb로부터 선택되는 양전성(electropositive) 금속의 적어도 하나의 산화환원 n-도판트, 및
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물
을 포함하고, 상기 매트릭스 화합물은 화학식 Va 내지 Vai에 따른 화합물로부터 선택되는 화학식 2에 따른 화합물이다:
- 화학식 Va 내지 Ve:
- 화학식 Vf 내지 Vq:
- 화학식 Vr 내지 Vt:
- 화학식 Vu 내지 Vai:
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 적어도 하나의 발광층은 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 방향족 고리를 포함하는 이미터 호스트 화합물을 포함하고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 바람직하게는 상기 이미터 호스트 화합물 내의 적어도 3개의 방향족 고리는 축합된 방향족 고리이고, 보다 바람직하게는 상기 이미터 호스트 화합물 내의 적어도 하나의 방향족 고리는 5-원 또는 6-원 헤테로사이클릭 고리이고, 또한 바람직하게는 적어도 하나의 방향족 고리는 N, O 및 S로부터 선택되는 1개의 원자를 함유하는 5-원 헤테로사이클릭 고리, 바람직하게는 푸란 고리이다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 전기적 p-도판트를 포함하고, 상기 전기적 p-도판트는
a) 유기 화합물로서:
(i) 퍼할로겐화된 알킬로서, 여기서, 상기 퍼할로겐화된 알킬 내의 할로겐이 바람직하게는 F 및 Cl로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 상기 퍼할로겐화된 알킬이 퍼플루오로알킬인, 퍼할로겐화된 알킬,
(ii) 카르보닐기,
(iii) 설포닐기,
(iv) 니트릴기 및
(v) 니트로기
로부터 선택되는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개, 보다 바람직하게는 적어도 3개, 가장 바람직하게는 적어도 4개의 전자 끄는 기(들)를 포함하는 유기 화합물;
b) 금속 옥사이드, 금속 염 및 금속 착화합물로서, 여기서, 금속 옥사이드, 금속 염 및/또는 금속 착화합물 내의 금속이 바람직하게는 이의 최대 산화 상태로 존재하는, 금속 옥사이드, 금속 염 및 금속 착화합물
을 포함하는 군으로부터 선택된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 적어도 하나의 제1 정공 수송층은 전기적 p-도판트 및 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물을 포함한다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물은 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템을 포함하는 군으로부터 선택된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 적어도 하나의 제1 전자 수송층은 산화환원 n-도판트를 포함하고, 상기 산화환원 n-도판트는
a) 원소 금속으로서, 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속으로부터 선택되며; 보다 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sm, Eu, Yb로부터 선택되며; 더욱 바람직하게는 Li, Na, Cs, Mg, Sr, Yb로부터 선택되며; 더욱 더 바람직하게는 Li, Na, Mg, Yb로부터 선택되고; 가장 바람직하게는 Li 및/또는 Yb로부터 선택되는, 원소 금속;
b) 유기 라디칼로서, 바람직하게는 디아졸릴 라디칼, 옥사졸릴 라디칼 및 티아졸릴 라디칼로부터 선택되는, 유기 라디칼;
c) 전이 금속 착화합물로서, 여기서, 상기 전이 금속이 주기율표의 3족, 4족, 5족, 6족, 7족, 8족, 9족 또는 10족으로부터 선택되고, 산화 상태 (-I), (0), (I) 또는 (II)로 존재하고, 바람직하게는 상기 전이 금속 착화합물이 전기적으로 중성인, 전이 금속 착화합물
을 포함하는 군으로부터 선택된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 적어도 하나의 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템을 포함하는 군으로부터 선택된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면:
적어도 하나의 발광층의 경우:
- 이미터 호스트 화합물은 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 방향족 고리를 포함하고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 바람직하게는 상기 이미터 호스트 화합물 내의 적어도 3개의 방향족 고리는 축합된 방향족 고리이고, 보다 바람직하게는 상기 이미터 호스트 화합물 내의 적어도 하나의 방향족 고리는 5-원 또는 6-원 헤테로사이클릭 고리이고, 또한 바람직하게는 적어도 하나의 방향족 고리는 N, O 및 S로부터 선택되는 1개의 원자를 함유하는 5-원 헤테로사이클릭 고리, 바람직하게는 푸란 고리이고;
적어도 하나의 제1 정공 수송층의 경우:
- 전기적 p-도판트가:
a) 유기 화합물로서:
(i) 퍼할로겐화된 알킬로서, 여기서, 상기 퍼할로겐화된 알킬 내의 할로겐이 바람직하게는 F 및 Cl로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 상기 퍼할로겐화된 알킬이 퍼플루오로알킬인, 퍼할로겐화된 알킬,
(ii) 카르보닐기,
(iii) 설포닐기,
(iv) 니트릴기 및
(v) 니트로기
로부터 선택되는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개, 보다 바람직하게는 적어도 3개, 가장 바람직하게는 적어도 4개의 전자 끄는 기(들)를 포함하는 유기 화합물;
b) 금속 옥사이드, 금속 염 및 금속 착화합물로서, 여기서, 금속 옥사이드, 금속 염 및/또는 금속 착화합물 내의 금속이 바람직하게는 이의 최대 산화 상태로 존재하는, 금속 옥사이드, 금속 염 및 금속 착화합물
을 포함하는 군으로부터 선택되고,
- 선택적인 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물은 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템을 포함하는 군으로부터 선택되며;
적어도 하나의 제1 전자 수송층의 경우:
- 산화환원 n-도판트가:
a) 원소 금속으로서, 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속으로부터 선택되며; 보다 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sm, Eu, Yb로부터 선택되며; 더욱 바람직하게는 Li, Na, Cs, Mg, Sr, Yb로부터 선택되며; 더욱 더 바람직하게는 Li, Na, Mg, Yb로부터 선택되고; 가장 바람직하게는 Li 및/또는 Yb로부터 선택되는, 원소 금속;
b) 유기 라디칼로서, 바람직하게는 디아졸릴 라디칼, 옥사졸릴 라디칼 및 티아졸릴 라디칼로부터 선택되는, 유기 라디칼;
c) 전이 금속 착화합물로서, 여기서, 상기 전이 금속이 주기율표의 3족, 4족, 5족, 6족, 7족, 8족, 9족 또는 10족으로부터 선택되고, 산화 상태 (-I), (0), (I) 또는 (II)로 존재하고, 바람직하게는 상기 전이 금속 착화합물이 전기적으로 중성인, 전이 금속 착화합물
을 포함하는 군으로부터 선택되고;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템을 포함하는 군으로부터 선택된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.3 디바이 내지 약 ≤ 1.8 디바이의 범위, 바람직하게는 약 ≥ 0.5 디바이 내지 약 ≤ 1.6 디바이의 범위, 보다 더 바람직하게는 약 ≥ 0.6 디바이 내지 약 ≤ 1.4 디바이의 범위, 가장 바람직하게는 약 ≥ 0.7 디바이 내지 약 ≤ 1.3 디바이의 범위로 가진다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 포스핀 옥사이드기를 포함하는 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템이다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면,
- 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.3 디바이 내지 약 ≤ 1.8 디바이의 범위, 바람직하게는 약 ≥ 0.5 디바이 내지 약 ≤ 1.6 디바이의 범위, 보다 더 바람직하게는 약 ≥ 0.6 디바이 내지 약 ≤ 1.4 디바이의 범위, 가장 바람직하게는 약 ≥ 0.7 디바이 내지 약 ≤ 1.3 디바이의 범위로 가지고;
- 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 포스핀 옥사이드기를 포함하는 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템이거나, 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 화학식 2에 따른 화합물이고, 바람직하게는 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 포스핀 옥사이드기를 포함하는 적어도 6개의 비편재화된 전자를 갖는 유기 공액된 방향족 시스템이다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 이미터 호스트 화합물은 화학식 1로 표시된 안트라센 화합물이며:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 C6-C60 헤테로아릴이다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 화학식 2를 가지고:
상기 화학식 2에서,
X는 O, S, Se로부터 선택되며;
R1 및 R2는 C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되고;
R3은 화학식 (2A),
또는 화학식 (2B)로부터 선택되며:
상기 화학식 (2A) 또는 화학식 (2B)에서,
*는 R4 또는 Ar1을 화학식 (I) 내의 인 원자에 결합시키기 위한 각각의 R4 또는 Ar1 기 내의 위치를 표시하고;
R4는 C1 내지 C8 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar1은 C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar2는 C18 내지 C40 아릴 및 C10 내지 C40 헤테로아릴로부터 선택되며;
R5는 H, C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되고;
n은 0, 1 또는 2로부터 선택된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면,
- 이미터 호스트 화합물은 화학식 1로 표시된 안트라센 화합물이며:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 C6-C60 헤테로아릴이고;
- 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 화학식 2를 가지고:
상기 화학식 2에서,
X는 O, S, Se로부터 선택되며;
R1 및 R2는 C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되고;
R3은 화학식 (2A),
또는 화학식 (2B)로부터 선택되며:
상기 화학식 (2A) 또는 화학식 (2B)에서,
*는 R4 또는 Ar1을 화학식 (I) 내의 인 원자에 결합시키기 위한 각각의 R4 또는 Ar1 기 내의 위치를 표시하고;
R4는 C1 내지 C8 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar1은 C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar2는 C18 내지 C40 아릴 및 C10 내지 C40 헤테로아릴로부터 선택되며;
R5는 H, C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되고;
n은 0, 1 또는 2로부터 선택된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 화학식 1에서, C6-C60 헤테로아릴의 헤테로 원자는 N, O 및/또는 S를 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 O이다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 화학식 2에서, R1, R2, R5, Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나 또는 모두는 C1 내지 C12 알킬기 및 C1 내지 C12 헤테로알킬기로 치환된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면,
- 화학식 1에서, C6-C60 헤테로아릴의 헤테로 원자는 N, O 및/또는 S를 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 O이고;
- 화학식 2에서, R1, R2, R5, Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나 또는 모두는 C1 내지 C12 알킬기 및 C1 내지 C12 헤테로알킬기로 치환된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 화학식 1에서:
- C6-C60 헤테로아릴은 적어도 하나의 5-원 고리를 포함하고, 바람직하게는 상기 5-원 고리는 푸란 또는 티오펜 고리이거나;
- C6-C60 아릴은 안트라센 또는 벤조안트라센을 포함하거나;
- C6-C60 헤테로아릴은 벤조푸란, 디벤조푸란, 벤조-나프토푸란 또는 디나프토푸란을 포함한다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 화학식 2에서, R1, R2 및 R3 으로부터 선택되는 2개의 치환기는 인 원자와 함께 7-원 포스페핀 고리를 형성한다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면,
- 화학식 1에서:
- C6-C60 헤테로아릴은 적어도 하나의 5-원 고리를 포함하고, 바람직하게는 상기 5-원 고리는 푸란 또는 티오펜 고리이거나;
- C6-C60 아릴은 안트라센 또는 벤조안트라센을 포함하거나;
- C6-C60 헤테로아릴은 벤조푸란, 디벤조푸란, 벤조-나프토푸란 및 디나프토푸란을 포함하고;
- 화학식 2에서:
- R1, R2 및 R3 으로부터 선택되는 2개의 치환기는 인 원자와 함께 7-원 포스페핀 고리를 형성한다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면,
- 화학식 1에서:
A4는 하기 화학식 (IIa) 내지 (IIi)를 가지며:
상기 화학식 (IIa) 내지 (IIi)에서, *는 안트라센 화합물로의 각각의 A4 기에 대한 결합 위치를 표시한다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 화학식 I에 따른 안트라센 화합물은 화학식 B1 내지 B7의 군으로부터 선택된다:
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 화학식 2에 따른 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 화학식 Va 내지 Vai의 군으로부터 선택된다:
- 화학식 Va 내지 Ve:
- 화학식 Vf 내지 Vq:
- 화학식 Vr 내지 Vt:
- 화학식 Vu 내지 Vai:
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면,
- 화학식 1에 따른 안트라센 화합물은 화학식 B1 내지 B7의 군으로부터 선택된다:
- 화학식 2에 따른 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 화학식 Va 내지 Vai의 군으로부터 선택된다:
- 화학식 Va 내지 Ve:
- 화학식 Vf 내지 Vq:
- 화학식 Vr 내지 Vt:
- 화학식 Vu 내지 Vai:
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 장치는 또한, 바람직하게는 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 적어도 하나의 제2 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함하는 제2 전자 수송층을 포함하고, 상기 제2 전자 수송층은 상기 제1 전자 수송층과 상기 발광층 사이에 배열되고, 바람직하게는 상기 제2 전자 수송층은 상기 제1 전자 수송층 및/또는 상기 발광층에 인접하게 배열된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 화합물은 하기 기재된 바와 같이 표준 절차에 의해 측정된 산화환원 전위를 참조로서 페로센 / 페로세늄 산화환원 커플에 대해 -2.2 내지 -2.4 V의 범위로 갖는 방향족 화합물이다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 0.1 디바이 내지 5.0 디바이, 바람직하게는 0.5 디바이 내지 4.5 디바이, 보다 바람직하게는 1.0 디바이 내지 4.0 디바이, 보다 더 바람직하게는 1.2 디바이 내지 3.8 디바이, 가장 바람직하게는 1.5 디바이 내지 3.5 디바이의 범위로 가진다.
본 발명은 추가로 보다 상세히 기재된다.
전자 수송 영역
유기층의 적층물의 전자 수송 영역은 방출층 상에 배치될 수 있다.
유기층의 적층물의 전자 수송 영역은 적어도 하나의 제1 전자 수송층 및 선택적인 제2 전자 수송층을 포함한다. 유기층의 적층물의 전자 수송 영역은 전자 주입층을 추가로 포함할 수 있다.
예를 들어, 유기층의 적층물의 전자 수송 영역은 제1 전자 수송층/전자 주입 또는 대안적인 제1 전자 수송층/제2 전자 수송층/전자 주입층의 구조를 가질 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드는 적어도 하나의 전자 수송층을 포함하고, 이러한 경우 전기적 p-도판트 및 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함하는 전자 수송층은 제1 전자 수송층으로서 정의된다. 또 다른 구현예에서, 유기 발광 다이오드는 유기층의 적층물의 전자 수송 영역에 적어도 2개의 전자 수송층을 포함할 수 있고, 이러한 경우, 방출층과 접촉하는 전자 수송층은 제2 전자 수송층으로서 정의된다.
전자 수송층은 1개, 또는 2개 이상의 상이한 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함할 수 있다.
제1 전자 수송층의 두께는 약 2 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 3 nm 내지 약 30 nm일 수 있다. 전자 수송층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 전자 수송층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이, 만족할 만한 전자 수송 능력을 가질 수 있다.
선택적인 제2 전자 수송층의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 15 nm 내지 약 50 nm일 수 있다. 전자 수송층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 전자 수송층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이, 만족할 만한 전자 수송 능력을 가질 수 있다.
제1 전자 수송 매트릭스 화합물
제1 전자 수송 매트릭스는 특별히 제한되지 않는다. 방출층 외부에 포함된 본 발명의 장치에 존재하는 다른 물질과 유사하게, 제2 전자 수송 매트릭스는 광을 방출하지 않을 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 전자 수송 매트릭스는 유기 화합물, 유기금속성 화합물 또는 금속 착화합물일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 전자 수송 매트릭스는 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물일 수 있다. 가능한 가장 넓은 의미에서 공유 물질이란, 모든 화학 결합 중 적어도 50%가 공유 결합인 물질인 것으로 이해될 것이고, 여기서, 배위 결합 또한 공유 결합으로서 여겨진다. 본 출원에서, 이러한 용어는 가장 넓은 의미에서 모든 통상적인 전자 수송 매트릭스를 포괄하고, 이러한 매트릭스는 주로 유기 화합물뿐만 아니라 예를 들어 탄소를 포함하지 않는 구조 모이어티를 포함하는 화합물, 예를 들어 치환된 2,4,6-트리보라-1,3,5 트리아진, 또는 금속 착화합물, 예를 들어 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀레이트)로부터 선택된다.
분자 공유 물질은, 바람직하게는 진공 열 증착(VTE)에 의해 가공 되기에 충분히 안정할 수 있는 저분자량 화합물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 공유 물질은 중합체성 공유 화합물, 바람직하게는 용매에서 가용성이고 따라서 용액 형태로 가공 가능한 화합물을 포함할 수 있다. 중합체성의 실질적으로 공유 물질은 가교되어 무한정 불규칙 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 이해되나, 이러한 가교된 중합체성의 실질적으로 공유 매트릭스 화합물은 여전히 골격 원자(skeletal atom)뿐만 아니라 주변 원자(peripheral atom)를 포함하는 것으로 제안된다. 공유 화합물의 골격 원자는 적어도 2개의 이웃 원자에 공유 결합된다. 공유 화합물의 다른 원자는 단일 이웃 원자와 공유 결합된 주변 원자이다. 부분적으로 공유 결합하지만 실질적으로 주변 원자가 결여된 무기 무한정 결정 또는 완전히 가교된 네트워크, 예컨대 실리콘, 게르마늄, 갈륨 아르세나이드, 인듐 포스파이드, 아연 설파이드, 실리케이트 유리 등은 본 출원의 의미에서 공유 매트릭스로 여겨지지 않는데, 왜냐하면 이러한 완전히 가교된 공유 물질은 이러한 물질에 의해 형성되는 상의 표면 상에만 주변 원자를 포함하기 때문이다. 양이온 및 음이온을 포함하는 화합물은, 적어도 상기 양이온 또는 적어도 상기 음이온이 적어도 10개의 공유 결합된 원자를 포함한다면, 여전히 공유되어 있는 것으로 여겨진다.
공유 제1 전자 수송 매트릭스 화합물의 바람직한 예는 공유 결합된 C, H, O, N, S로 주로 구성된 유기 화합물이며, 이는 선택적으로, 공유 결합된 B, P, As, Se를 또한 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 금속 원자가 결여되어 있고, 이의 골격 원자의 대부분은 C, O, S, N으로부터 선택된다.
또 다른 구현예에서, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 적어도 6개, 보다 바람직하게는 적어도 10개, 보다 더 바람직하게는 적어도 14개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함한다.
비편재화된 전자의 공액된 시스템의 예는 교대하는(alternating) 파이(pi) 결합 및 시그마 결합의 시스템이다. 선택적으로, 이의 원자 사이에 파이-결합을 갖는 하나 이상의 2-원자 구조 단위는 적어도 하나의 고립 전자쌍을 갖는 원자에 의해, 전형적으로 O, S, Se, Te로부터 선택되는 2가 원자에 의해, 또는 N, P, As, Sb, Bi로부터 선택되는 3가 원자에 의해 대체될 수 있다. 바람직하게는, 비편재화된 전자의 공액된 시스템은 휘켈 규칙을 고수하는 적어도 하나의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 포함한다. 또한 바람직하게는, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 공유 결합에 의해 연결되거나 축합된 적어도 2개의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 포함할 수 있다.
구체적인 일 구현예에서, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 공유 결합된 원자로 구성된 고리를 포함하고, 상기 고리 내의 적어도 하나의 원자는 인이다.
보다 바람직한 구현예에서, 공유 결합된 원자로 구성된 인-함유 고리는 포스페핀 고리이다.
또 다른 바람직한 구현예에서, 제1 전자 수송 화합물은 포스핀 옥사이드기를 포함한다. 또한 바람직하게는, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 적어도 하나의 질소 원자를 포함하는 헤테로사이클릭 고리를 포함한다. 본 발명의 장치에서 제1 전자 수송 매트릭스 화합물로서 특히 유리한 질소-함유 헤테로사이클릭 화합물의 예는 피리딘 구조 모이어티, 디아진 구조 모이어티, 트리아진 구조 모이어티, 퀴놀린 구조 모이어티, 벤조퀴놀린 구조 모이어티, 퀴나졸린 구조 모이어티, 아크리딘 구조 모이어티, 벤즈아크리딘 구조 모이어티, 디벤즈즈아크리딘 구조 모이어티, 디아졸 구조 모이어티 및 벤조디아졸 구조 모이어티를 단독으로 또는 조합하여 포함하는 매트릭스이다.
제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 ≥ 400 내지 ≤ 850 g/mol, 바람직하게는 ≥ 450 내지 ≤ 830 g/mol의 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 분자량이 이러한 범위 내에서 선택되는 경우, 특히 재현 가능한 증발 및 증착이, 진공 내에서, 양호한 장기간 안정성이 관찰되는 온도에서 달성될 수 있다.
바람직하게는, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 2.3 디바이 초과로 가질 수 있다. 원소 금속으로부터 선택되는 산화환원 도판트와 조합된 것이 바람직한 구현예일 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물의 환원 전위는 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대하여 사이클릭 볼타메트리에 의해 동일한 조건 하에 측정 시, 트리페닐포스핀 옥사이드에 대해 수득된 값보다 덜 음성이고 테트라키스(퀴녹살린-5-일옥시)지르코늄에 대해 수득된 값보다 더 음성인 값을 가질 수 있다.
이들 조건 하에, 트리페닐포스핀 옥사이드의 산화환원 전위는 약 -3.06 V이고, 테트라키스(퀴녹살린-5-일옥시)지르코늄의 환원 전위는 약 -1.78 V이다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물의 산화환원 전위는 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대하여 사이클릭 볼타메트리에 의해 동일한 조건 하에 측정 시, 트리페닐포스핀 옥사이드에 대해 수득된 각각의 값보다 덜 음성인, 바람직하게는 비스(4-(9H-카르바졸-9-일)페닐)-(페닐)포스핀 옥사이드에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 보다 바람직하게는 3-([1,1'-비페닐]-4-일)-5-(4-(tert-부틸)페닐)-4-페닐-4H-1,2,4-트리아졸에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 보다 더 바람직하게는 피렌에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 가장 바람직하게는 2,7-디-피레닐-9,9-스피로비플루오렌에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 또한 바람직하게는 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 또한 바람직하게는 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 또한 바람직하게는 7-([1,1'-비페닐]-4-일)디벤조[c,h]아크리딘에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 또한 바람직하게는 2,4,6-트리페닐트리아진에 대한 각각의 값보다 덜 음성인, 보다 바람직하게는 2,4,6-트리(비페닐-4-일)-1,3,5-트리아진에 대한 각각의 값보다 덜 음성인 값을 가질 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물의 산화환원 전위는 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대하여 사이클릭 볼타메트리에 의해 동일한 조건 하에 측정 시, 테트라키스(퀴녹살린-5-일옥시)지르코늄에 대해 수득된 각각의 값보다 더 음성인, 바람직하게는 4,4'-비스(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-1,1'-비페닐에 대해 수득된 각각의 값보다 더 음성인, 가장 바람직하게는 2,4,6-트리(비페닐-4-일)-1,3,5-트리아진에 대해 수득된 각각의 값보다 더 음성인 값을 가질 수 있다.
산화환원 전위는 실온에서 정전위(potentioststic) 장치 Metrohm PGSTAT30 및 소프트웨어 Metrohm Autolab GPES를 이용하여 사이클릭 볼타메트리에 의해 확인될 수 있다. 특정 화합물에서 주어지는 산화환원 전위는, 은 클로라이드에 의해 피복되고 측정 용액에 직접 침지된 은 와이어로 구성된 Ag/AgCl 슈도-표준 전극(Metrohm 은 막대 전극)과 백금 작업 전극들 사이에서 지지 전해질로서 0.1 M 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트와 함께, 아르곤 분위기 하에, 시험 성분의 아르곤 탈기된, 건조 0.1 M THF 용액에서, 100 mV/s의 스캔 속도로 측정한다. 제1 진행을 작업 전극 상에 설정된 가장 넓은 전위 범위에서 수행하며, 그런 다음 상기 범위를 후속적인 진행 내에서 적절하게 조정한다. 최종 3회의 진행을 페로센(0.1 M 농도)을 표준으로서 첨가하여 수행한다. 표준 Fc+/Fc 산화환원 커플에 대해 관찰된 캐소드 전위 및 애노드 전위들의 평균을 뺀 후, 연구 화합물의 캐소드 피크 및 애노드 피크에 상응하는 전위들의 평균은 마지막으로 상기 보고된 값을 제공한다. 모든 연구된 화합물, 뿐만 아니라 보고된 비교 화합물은 양호하게-정의된 가역적인 전기화학적 거동을 보여주었다.
전자발광 장치의 다양한 구현예에 따르면, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은
- 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬기로 치환된 안트라센 화합물, 예를 들어 3-[3'-(10-페닐-9-안트라세닐)[1,1'-비페닐]-4-일]-퀴놀린;
- 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬기로 치환된 벤즈이미다졸 화합물, 바람직하게는 2-(4-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸 및/또는 1-(4-(10-([1,1'-비페닐]-4-일)안트라센-9-일)페닐)-2-에틸-1H-벤조[d]이미다졸;
- 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬기로 치환된 포스핀 옥사이드 화합물, 바람직하게는 (3-(디벤조[c,h]아크리딘-7-일)페닐)디페닐포스핀 옥사이드, 3-페닐-3H-벤조[b]디나프토[2,1-d:1',2'-f]포스페핀-3-옥사이드, 페닐디(피렌-1-일)포스핀 옥사이드, 비스(4-(안트라센-9-일)페닐)(페닐)포스핀 옥사이드, (3-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)디페닐포스핀 옥사이드, 페닐디(피렌-1-일)포스핀 옥사이드, 디페닐(5-(피렌-1-일)피리딘-2-일)포스핀 옥사이드, 디페닐(4'-(피렌-1-일)-[1,1'-비페닐]-3-일)포스핀 옥사이드, 디페닐(4'-(피렌-1-일)-[1,1'-비페닐]-3-일)포스핀 옥사이드, (3'-(디벤조[c,h]아크리딘-7-일)-[1,1'-비페닐]-4-일)디페닐포스핀 옥사이드 및/또는 페닐 비스(3-(피렌-1-일)페닐)포스핀 옥사이드;
- 아릴 또는 헤테로아릴기로 치환된 페난트롤린 화합물, 바람직하게는 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린, 4,7-디페닐-2,9-디-p-톨릴-1,10-페난트롤린, 2,9-디(비페닐-4-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린, 1,3-비스(9-페닐-1,10-페난트롤린-2-일)벤젠 및/또는 3,8-비스(6-페닐-2-피리디닐)-1,10-페난트롤린;
- 아릴 또는 헤테로아릴기로 치환된 퀴나졸린 화합물, 바람직하게는 9-페닐-9'-(4-페닐-2-퀴나졸리닐)-3,3'-비-9H-카르바졸;
- 아릴 또는 헤테로아릴기로 치환된 벤조[h]퀴나졸린 화합물, 바람직하게는 4-(2-나프탈레닐)-2-[4-(3-퀴놀리닐)페닐]-벤조[ h ]퀴나졸린;
- 아릴 또는 헤테로아릴기로 치환된 피리도[3,2-h]퀴나졸린 화합물, 바람직하게는 4-(나프탈렌-1-일)-2,7,9-트리페닐피리도[3,2-h]퀴나졸린;
- 아릴 또는 헤테로아릴기로 치환된 트리아진 화합물, 바람직하게는 4,4'-비스(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)비페닐, 3-[4-(4,6-디-2-나프탈레닐-1,3,5-트리아진-2-일)페닐]퀴놀린 및/또는 2-[3-(6'-메틸[2,2'-비피리딘]-5-일)-5-(9-페난트레닐)페닐]-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진, 및/또는
- 아릴 또는 헤테로아릴기로 치환된 아크리딘 화합물, 바람직하게는 7-(나프탈렌-2-일)디벤조[c,h]아크리딘
으로부터 선택될 수 있다.
전자발광 장치의 다양한 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층에 대한 매트릭스 화합물이 보다 바람직할 수 있으며; 이로써, 제2 전자 수송층의 매트릭스 화합물은 바람직하게는 제1 전자 수송층과 상이하고, 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬기로 치환된 포스핀 옥사이드 화합물, 바람직하게는 (3-(디벤조[c,h]아크리딘-7-일)페닐)디페닐포스핀 옥사이드, 3-페닐-3H-벤조[b]디나프토[2,1-d:1',2'-f]포스페핀-3-옥사이드, 페닐디(피렌-1-일)포스핀 옥사이드, 비스(4-(안트라센-9-일)페닐)(페닐)포스핀 옥사이드, (3-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)디페닐포스핀 옥사이드, 디페닐(5-(피렌-1-일)피리딘-2-일)포스핀 옥사이드, 디페닐(4'-(피렌-1-일)-[1,1'-비페닐]-3-일)포스핀 옥사이드, 디페닐(4'-(피렌-1-일)-[1,1'-비페닐]-3-일)포스핀 옥사이드, (3'-(디벤조[c,h]아크리딘-7-일)-[1,1'-비페닐]-4-일)디페닐포스핀 옥사이드 및/또는 페닐 비스(3-(피렌-1-일)페닐)포스핀 옥사이드로부터 선택될 수 있다.
제1 전자 수송층에 적합하게 사용될 수 있는 적합한 매트릭스 화합물은 하기 표 1에 요약되어 있다.
전자발광 장치의 다양한 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 상기 제1 전자 수송층의 총 중량을 기준으로, 약 ≤ 100 중량% 내지 약 ≥ 30 중량%, 바람직하게는 ≤ 95 중량% 내지 약 ≥ 40 중량%의 매트릭스 화합물을 포함한다.
바람직하게는, 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
제2 전자 수송 매트릭스
제2 전자 수송 화합물은 특별히 제한되지 않는다. 방출층 외부에 포함된 본 발명의 장치에 존재하는 다른 물질과 유사하게, 제2 전자 수송 매트릭스는 광을 방출하지 않을 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 유기 화합물, 유기금속성 화합물 또는 금속 착화합물일 수 있다.
제1 전자 수송 매트릭스 화합물의 예로서 열거된 화합물이 또한, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물로서 사용될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 장치는 또한, 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물, 바람직하게는 적어도 하나의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 보다 바람직하게는 적어도 2개의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 보다 더 바람직하게는 적어도 3개의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 가장 바람직하게는 적어도 4개의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함하는 제2 전자 수송층을 포함하고; 상기 제2 전자 수송층은 상기 제1 전자 수송층과 상기 발광층 사이에 배열되고, 바람직하게는 상기 제2 정공 수송층은 제2 전자 수송 매트릭스 화합물로 형성되고, 더 바람직하게는 상기 제2 전자 수송층은 상기 제1 전자 수송층 및/또는 상기 발광층 사이에서 인접하게 배열된다.
일 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물일 수 있다.
일 구현예에서, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물의 쌍극자 모멘트는 ≥ 0.5 디바이 내지 ≤ 4.5 디바이, 바람직하게는 ≥ 1.0 디바이 내지 < 4.0 디바이, 보다 바람직하게는 ≥ 1.5 디바이 내지 < 3.5 디바이로부터 선택된다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 제2 전자 매트릭스 화합물의 산화환원 전위는 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대해 측정 시, -2.35 V보다 덜 음성이고 -2.14 V보다 더 음성인, 바람직하게는 -2.3 V보다 덜 음성이고 -2.16 V보다 더 음성인, 보다 바람직하게는 -2.25 V보다 덜 음성이고 -2.16 V보다 더 음성이도록 선택될 수 있다.
산화환원 n-도판트
산화환원 n-도판트란, 전자 수송 매트릭스 내에 포매된다면, 동일한 물리적 조건 하에 페로센/페로세늄 참조 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된 순수한 매트릭스와 비교하여 자유 전자의 농도를 증가시키는 화합물인 것으로 이해된다.
산화환원 n-도판트는 전자발광 장치, 예를 들어 OLED의 작동 조건 하에 광을 방출하지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 산화환원 n-도판트는 원소 금속, 전기적으로 중성인 금속 착화합물 및/또는 전기적으로 중성인 유기 라디칼로부터 선택된다.
n-도판트의 강도에 대한 가장 실제적인 기준(benchmark)은 이의 산화환원 전위 값이다. 산화환원 전위 값이 얼마나 음성일 수 있는지에 대해 특정한 제한은 없다.
유기 발광 다이오드에 사용되는 통상적인 전자 수송 매트릭스의 산화환원 전위가 페로센/페로세늄 참조 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된다면, 대략 약 -1.8 V 내지 약 -3.1 V의 범위이고; 이러한 매트릭스를 효과적으로 n-도핑시킬 수 있는 n-도판트에 대한 산화환원 전위의 실제로 적용 가능한 범위는 약간 더 넓은 범위, 약 -1.7 V 내지 약 -3.3 V이다.
산화환원 전위의 측정은 실제로, 동일한 화합물의 환원된 형태 및 산화된 형태로 구성된 상응하는 산환환원 커플에 대해 수행된다.
산화환원 n-도판트가 전기적으로 중성인 금속 착화합물 및/또는 전기적으로 중성인 유기 라디칼인 경우, 이의 산화환원 전위의 측정은 사실상
(i) 전기적으로 중성인 금속 착화합물, 및 상기 전기적으로 중성인 금속 착화합물로부터 하나의 전자를 제거(abstraction)함으로써 형성된 이의 양이온 라디칼, 또는
(ii) 전기적으로 중성인 유기 라디칼, 및 상기 전기적으로 중성인 유기 라디칼로부터 하나의 전자를 제거함으로써 형성된 이의 양이온
에 의해 형성된 산화환원 커플에 대해 수행된다.
바람직하게는, 전기적으로 중성인 금속 착화합물 및/또는 전기적으로 중성인 유기 라디칼의 산화환원 전위는 페로센/페로세늄 참조 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된다면,
(i) 전기적으로 중성인 금속 착화합물, 및 상기 전기적으로 중성인 금속 착화합물로부터 하나의 전자를 제거함으로써 형성된 이의 양이온 라디칼, 또는
(ii) 전기적으로 중성인 유기 라디칼, 및 상기 전기적으로 중성인 유기 라디칼로부터 하나의 전자를 제거함으로써 형성된 이의 양이온
으로 구성된 상응하는 산화환원 커플에 대해, -1.7 V보다 더 음성인, 바람직하게는 -1.9 V보다 더 음성인, 보다 바람직하게는 -2.1 V보다 더 음성인, 보다 더 바람직하게는 -2.3 V보다 더 음성인, 가장 바람직하게는 -2.5 V보다 더 음성인 값을 가질 수 있다.
바람직한 구현예에서, n-도판트의 산화환원 전위는 선택된 전자 수송 매트릭스의 환원 전위의 값보다 약 0.5 V 더 양성인 값과 상기 환원 전위의 값보다 약 0.5 V 더 음성인 값 사이에 존재한다.
산화환원 n-도판트로서 적합한 전기적으로 중성인 금속 착화합물은 예를 들어, 낮은 산화 상태에서 일부 전이 금속의 강하게 환원성인 착화합물일 수 있다. 특히, 강한 산화환원 n-도판트는 예를 들어 Cr(II), Mo(II) 및/또는 W(II) 구아니디네이트 착화합물, 예컨대 WO2005/086251에 보다 상세히 기재된 바와 같은 W2(hpp)4로부터 선택될 수 있다.
산화환원 n-도판트로서 적합한 전기적으로 중성인 유기 라디칼은 예를 들어, EP 1 837 926 B1, WO2007/107306 또는 WO2007/107356에 보다 상세히 기재된 바와 같이 이들의 안정한 이량체, 올리고머 또는 중합체로부터 부가적인 에너지의 공급에 의해 생성되는 유기 라디칼일 수 있다. 이러한 적합한 라디칼의 구체적인 예는 디아졸릴 라디칼, 옥사졸릴 라디칼 및/또는 티아졸릴 라디칼일 수 있다.
원소 금속이란, 이는 순수한 금속, 금속 합금의 상태, 또는 자유 원자 또는 금속 클러스트의 상태에 있는 금속으로 이해된다. 금속상으로부터, 예를 들어 순수한 벌크 금속으로부터 진공 열 증착에 의해 증착되는 금속은 이의 원소 형태로 증발하는 것으로 이해된다. 나아가, 증발된 원소 금속이 공유 매트릭스와 함께 증착된다면, 금속 원자 및/또는 클러스터가 상기 공유 매트릭스 내에 포매되는 것으로 이해된다. 다시 말해, 진공 열 증착에 의해 제조된 임의의 금속 도핑된 공유 물질은 금속을 적어도 부분적으로는 이의 원소 형태로 함유하는 것으로 이해된다.
소비자 전자제품에 사용하기 위해, 안정한 핵종 또는 방사성 붕괴의 매우 긴 반감기를 갖는 핵종을 함유하는 금속만 적용 가능할 것이다. 핵 안정성의 허용 가능한 수준으로서, 천연 칼륨의 핵 안정성이 취해질 수 있다.
일 구현예에서, n-도판트는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속 및 제1 전이 주기 Ti, V, Cr 및 Mn의 금속으로부터 선택되는 양전성 금속으로부터 선택된다. 바람직하게는, n-도판트는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sm, Eu, Tm, Yb; 보다 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg 및 Yb, 보다 더 바람직하게는 Li, Na, Cs 및 Yb, 가장 바람직하게는 Li, Na 및 Yb로부터 선택된다.
산화환원 도판트는 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
정공 주입층
정공 주입층은 애노드와 정공 수송층에 사용되는 유기 물질 사이의 계면 특성을 개선할 수 있으며, 비-평면화된(non-planarized) 애노드 상에 적용되고, 따라서 상기 애노드의 표면을 평면화시킬 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층은, 애노드의 일함수와 정공 수송층의 HOMO의 에너지 수준 사이의 차이를 조정하기 위해, 애노드 물질의 일함수와 정공 수송층의 HOMO의 에너지 수준 사이에서 이의 최고준위 점유 분자 오비탈(HOMO)의 에너지 수준의 중앙값을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역이 정공 주입층(36)을 포함하는 경우, 정공 주입층은 여러 가지 방법들, 예를 들어 진공 증착, 스핀 코팅, 캐스팅, 랭뮤어-블로드젯(LB; Langmuir-Blodgett) 방법 등 중 임의의 방법에 의해 애노드 상에 형성될 수 있다.
정공 주입층이 진공 증착을 사용하여 형성되는 경우, 진공 증착 조건은 정공 주입층의 형성에 사용되는 물질, 및 형성되는 정공 주입층의 요망되는 구조 및 열적 특성에 따라 다를 수 있고, 예를 들어 진공 증착은 100℃ 내지 약 500℃의 온도, 약 10-6 Pa 내지 약 10-1 Pa의 압력 및 약 0.1 내지 약 10 nm/sec의 증착 속도에서 수행될 수 있으나, 증착 조건은 이들로 한정되지 않는다.
정공 주입층이 스핀 코팅을 사용하여 형성되는 경우, 코팅 조건은 정공 주입층의 형성에 사용되는 물질, 및 형성되는 정공 주입층의 요망되는 구조 및 열적 특성에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 코팅 속도는 약 2000 rpm 내지 약 5000 rpm의 범위일 수 있고, 코팅 후 열 처리가 수행되어 용매를 제거하는 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있으나, 코팅 조건은 이들로 한정되지 않는다.
정공 수송층
정공 수송층 및 전자 차단층을 형성하기 위한 조건은 정공 주입층의 경우 상기 기재된 형성 조건을 기반으로 정의될 수 있다.
전하 수송 영역 중 정공 수송 파트의 두께는 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있다. 전하 수송 영역 중 정공 수송 파트가 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하는 경우, 정공 주입층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들어 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있고, 정공 수송층의 두께는 약 5 nm 내지 약 200 nm, 예를 들어 약 10 nm 내지 약 150 nm일 수 있다. 정공 수송 영역, HIL 및 HTL의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 만족할만한 정공 수송 특징이 구동 전압의 실질적인 증가 없이 수득될 수 있다.
정공 수송 영역에 사용되는 정공 수송 매트릭스 물질은 특별히 제한되지 않는다. 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물, 바람직하게는 적어도 하나의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 보다 바람직하게는 적어도 2개의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 보다 더 바람직하게는 적어도 3개의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 가장 바람직하게는 적어도 4개의 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물이 바람직하다. 정공 수송층에 광범위하게 사용되는 정공 수송 매트릭스 물질의 전형적인 예는 폴리사이클릭 방향족 탄화수소, 트리아릴 아민 화합물 및 헤테로사이클릭 방향족 화합물이다. 정공 수송 영역의 다양한 층에 유용한 정공 수송 매트릭스의 프론티어 오비탈(frontier orbital) 에너지 수준의 적합한 범위는 잘 공지되어 있다. HTL 매트릭스의 산화환원 커플 HTL 매트릭스/양이온 라디칼의 산화환원 전위의 측면에서, 바람직한 값(참조로서 페로센/페로세늄 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된다면)은 0.0 내지 1.0 V의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.7 V의 범위, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 0.5 V의 범위일 수 있다.
유기층의 적층물의 정공 수송 영역은 상기 기재된 바와 같은 물질 외에도, 전도성 및/또는 애노드로부터의 정공 주입을 개선하기 위해 전기적 p-도판트를 추가로 포함해야 한다.
전기적 p-도판트
전하-발생 물질은 제1 정공 수송층 내에서 균질하게 또는 불균질하게 분산될 수 있다.
전기적 p-도판트는 퀴논 유도체, 라디알렌 화합물, 금속 옥사이드 및 사이노기-함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. p-도판트의 비제한적인 예로는, 퀴논 유도체, 예컨대 테트라시아노퀴논다이메탄(TCNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라시아노-1,4-벤조퀴논다이메탄(F4-TCNQ), PD-2와 같은 라디알렌 화합물 등; 금속 옥사이드, 예컨대 텅스텐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드 등; 및 시아노-함유 화합물, 예컨대 하기 화합물 HT-D1가 있다.
완충층
전하 수송 영역 중 정공 수송 파트는 완충층을 추가로 포함할 수 있다.
적합하게 사용될 수 있는 완충층은 US 6 140 763, US 6 614 176 및 US2016/248022에 개시되어 있다.
완충층은 EML로부터 방출된 광의 파장에 따라 광의 광학 공명 거리(optical resonance distance)를 보상할 수 있고, 따라서 효율을 증가시킬 수 있다.
방출층
방출층(EML)은 진공 증착, 스핀 코팅, 캐스팅, LB 방법 등을 사용함으로써 정공 수송 영역 상에 형성될 수 있다. 방출층이 진공 증착 또는 스핀 코팅을 사용하여 형성되는 경우, 증착 및 코팅의 조건은 방출층을 형성하는 데 사용되는 물질에 따라 다양할 수 있긴 하더라도, 상기 증착 및 코팅 조건은 정공 주입층의 형성을 위한 조건과 유사할 수 있다. 방출층은 이미터 호스트(EML 호스트) 및 도판트(추가의 유일한 이미터)를 포함할 수 있다.
이미터는 적색, 녹색 또는 청색 이미터일 수 있다.
일 구현예에서, 이미터 호스트 물질은 극성 이미터 호스트 화합물이다. 바람직하게는, 이미터 호스트 물질은 극성 이미터 호스트 화합물일 수 있으며, 상기 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이 내지 약 ≤ 2.0 디바이의 범위로 가진다.
일 구현예에서, 이미터 호스트 물질은 적어도 3개의 방향족 고리를 갖는 극성 이미터 호스트 화합물이고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택된다.
하나의 바람직한 구현예에서, 이미터 호스트 물질은 적어도 3개의 방향족 고리를 갖는 극성 이미터 호스트 화합물일 수 있고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 상기 이미터 호스트 물질은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이 내지 약 ≤ 2.0 디바이의 범위로 가진다.
일 구현예에서, 이미터 호스트 물질은 화학식 1로 표시된 극성 이미터 호스트 화합물이며:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 C6-C60 헤테로아릴이다.
이미터 호스트
극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택된다.
극성 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이 내지 약 ≤ 2.0 디바이 범위로 가진다.
전자발광 장치의 일 구현예에 따르면, 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 상기 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.2 디바이 내지 약 ≤ 2.0 디바이 범위로 가진다.
또 다른 구현예에서, 이미터 호스트 화합물은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.3 디바이 내지 약 ≤ 1.8 디바이의 범위, 바람직하게는 약 ≥ 0.5 디바이 내지 약 ≤ 1.6 디바이의 범위, 보다 더 바람직하게는 약 ≥ 0.6 디바이 내지 약 ≤ 1.4 디바이의 범위, 가장 바람직하게는 약 ≥ 0.7 디바이 내지 약 ≤ 1.3 디바이의 범위로 가진다.
N 원자를 함유하는 분자의 쌍극자 모멘트 
는 하기와 같이 주어진다:
여기서, 
및 
는 분자 내의 원자 i의 부분 전하 및 위치이다.
부분 전하 및 원자 위치는, 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 표준화된 방법에 의해 기체상 내 분자의 바닥 상태의 최저 에너지 배좌(energy conformation)에 대해 계산된다(computed). 1개 초과의 배좌(conformation)가 실행 가능한(viable) 경우, 가능한 배좌의 에너지가 우선, 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산되고, 쌍극자 모멘트를 결정하기 위해 최저 총 에너지를 갖는 배좌가 선택된다.
제2 전자 수송 매트릭스 화합물로서 적합한 선택된 화합물의 쌍극자 모멘트 및 산화환원 전위는 표 2에 제공된다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 이미터 호스트는 각각, 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대하여 사이클릭 볼타메트리에 의해 동일한 조건 하에 측정 시, 7-([1,1'-비페닐]-4-일)디벤조[c,h]아크리딘에 대해 수득된 각각의 값보다 더 음성인, 바람직하게는 9,9',10,10'-테트라페닐-2,2'-비안트라센에 대해 수득된 각각의 값보다 더 음성인, 보다 바람직하게는 2,9-디([1,1'-비페닐]-4-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인, 보다 더 바람직하게는 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인, 보다 더 바람직하게는 9,10-디(나프탈렌-2-일)-2-페닐안트라센에 대한 각각의 값보다 더 음성인, 보다 더 바람직하게는 2,9-비스(2-메톡시페닐)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인, 가장 바람직하게는 9,9'-스피로비[플루오렌]-2,7-디일비스(디페닐포스핀 옥사이드)에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값을 갖는 산화환원 전위를 가진다.
이미터는 발광을 유발하기 위해 소량으로 혼합된다. 이미터는 예를 들어, 무기, 유기 또는 유기금속성 화합물일 수 있고, 이들의 하나 이상의 종류가 사용될 수 있다.
이미터는 형광 이미터일 수 있으며; 예를 들어 터-플루오렌, 4.4'-비스(4-디페닐 아미노스티릴)비페닐(DPAVBi), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸 페릴렌(TBPe) 및 하기 화합물 4는 형광 청색 이미터의 예이다.
방출층의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 20 nm 내지 약 60 nm일 수 있다. 방출층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 방출층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 개선된 발광 특징을 가질 수 있다.
전자 주입층
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 유기 전자발광 장치는 제1 전자 수송층과 캐소드 사이에 전자 주입층을 추가로 포함할 수 있다.
전자 주입층(EIL)은 캐소드로부터의 전자의 주입을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전자 주입층은
(i) 실질적으로 원소 형태의 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Eu 및 Yb, 보다 바람직하게는 Li, Na, Mg, Ca, Sr 및 Yb, 보다 더 바람직하게는 Li 및 Yb, 가장 바람직하게는 Yb로부터 선택되는 양전성 금속; 및/또는
(ii) 알칼리 금속 착화합물 및/또는 알칼리 금속 염, 바람직하게는 Li 착화합물 및/또는 염, 보다 바람직하게는 Li 퀴놀리놀레이트, 보다 더 바람직하게는 리튬 8-하이드록시퀴놀리놀레이트를 포함하고, 가장 바람직하게는 제2 전자 수송층의 알칼리 금속 염 및/또는 착화합물은 주입층의 알칼리 금속 염 및/또는 착화합물과 동일하다.
전자 주입층은 LiF, NaCl, CsF, Li2O 및 BaO로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
EIL의 두께는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 0.3 nm 내지 약 9 nm일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 전자 주입층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 만족할 만한 전자 주입 능력을 가질 수 있다.
캐소드
캐소드용 물질은 낮은 일함수를 가진 금속, 합금 또는 전기 전도성 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다. 캐소드용 물질의 구체적인 예는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등일 수 있다. 기판 상에 증착된 반사성 애노드를 갖는 상부 방출 발광 장치를 제조하기 위해, 캐소드는 예를 들어, 인듐 주석 옥사이드(ITO) 또는 인듐 아연 옥사이드(IZO)로부터 투과성 전극(투과성 전극)으로서 형성될 수 있다.
투명한 금속 옥사이드 캐소드 또는 반사성 금속 캐소드를 포함하는 장치에서, 상기 캐소드는 약 50 nm 내지 약 100 nm의 두께를 가질 수 있는 반면, 반투명 금속 캐소드는 약 5 nm 내지 약 15 nm만큼 얇을 수 있다.
애노드
애노드용 물질은 금속 또는 금속 옥사이드, 또는 유기 물질, 바람직하게는 약 4.8 eV 초과, 보다 바람직하게는 약 5.1 eV 초과, 가장 바람직하게는 약 5.3 eV 초과의 일함수를 갖는 물질일 수 있다. 바람직한 금속은 Pt, Au 또는 Ag와 같은 귀금속이며, 바람직한 금속 옥사이드는 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 금속 옥사이드이고, 이는 유리하게는 반사성 캐소드를 갖는 하부-방출 OLED에서 사용될 수 있다.
투명한 금속 옥사이드 애노드 또는 반사성 금속 애노드를 포함하는 장치에서, 애노드는 약 50 nm 내지 약 100 nm의 두께를 가질 수 있는 반면, 반투명 금속 애소드는 약 5 nm 내지 약 15 nm만큼 얇을 수 있다.
전자발광 장치
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 제1 정공 수송층은 애노드 층에 인접하게 배열된다.
전자발광 장치의 또 다른 구현예에 따르면, 전자발광 장치는 또한 제2 정공 수송 매트릭스 화합물을 포함하는 제2 정공 수송층을 포함하며, 바람직하게는 상기 제2 정공 수송층은 제2 정공 수송 매트릭스 화합물로 형성되고, 상기 제2 정공 수송층은 상기 제1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 배열되고, 더 바람직하게는 상기 제2 정공 수송층은 상기 제1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 인접하게 배열된다.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 적어도 하나의 전자발광 장치를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 정공 수송 영역은 방출층과 직접 접촉해 있을 수 있는 제3 정공 수송층을 함유할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 제3 정공 수송층은 제2 정공 수송층과 직접 접촉해 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 방출층과 제1 전자 수송층 사이에 개재되어(sandwiched) 접촉해 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 제2 전자 수송층은 상기 방출층과 직접 접촉해 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 제2 전자 수송층과 전자 주입층 사이에 개재되어 접촉해 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 제1 전자 수송층은 캐소드 전극과 직접 접촉해 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 제1 전자 수송층과 캐소드 층 사이에 개재되어 접촉해 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 출원 전체에 기재된 임의의 구현예에 따른 적어도 하나의 유기 발광 장치를 포함하는 전자 장치가 제공되며, 바람직하게는 상기 전자 장치는 본 출원 전체에 기재된 일 구현예에서 유기 발광 다이오드를 포함한다. 보다 바람직하게는, 전자 장치는 디스플레이 장치이다.
이하, 구현예는 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 하기 실시예로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드를 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드의 유기층의 일부를 구체적으로 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드의 유기층의 일부를 구체적으로 보여주는 단면도이다.
이하, 도면은 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 하기 도면으로 제한되지 않는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드(100, 300 및 400)의 도식적인 단면도이다. 이하, 도 1을 참조로, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드의 구조 및 이의 제조 방법은 하기와 같다. 유기 발광 다이오드(100)는, 애노드(110), 정공 수송 영역(제시되지 않음)을 포함하는 유기층의 적층물(105); 전자 수송 영역(제시되지 않음); 방출층(130); 및 순차적으로 적층된 캐소드(150)가 존재하는 구조를 가진다.
기판은 애노드(110) 위에 또는 캐소드(150) 아래에 배치될 수 있다. 기판은 일반적인 유기 발광 다이오드에 사용되는 통상적인 기판으로부터 선택될 수 있고, 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판일 수 있다.
애노드(110)는 기판 상에 애노드 물질을 증착시키거나 스퍼터링(sputtering)함으로써 형성될 수 있다. 상기 애노드 물질은 정공 주입을 용이하게 만드는 높은 일함수(work function)를 갖는 물질로부터 선택될 수 있다. 애노드(110)는 반사성 전극, 반투과성(transflective) 전극 또는 투과성(transmissive) 전극일 수 있다. 상기 애노드 물질은 인듐 주석 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 주석 옥사이드(SnO2), 아연 옥사이드(ZnO) 등을 사용할 수 있다. 또는, 상기 애노드 물질은 금속, 예컨대 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 합금일 수 있다.
애노드(110)는 단층, 또는 2개 이상의 층의 다층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드(100, 300 및 400)는 정공 수송 영역; 방출층(130); 및 제1 전자 수송층(31)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조로, 유기층의 적층물(105)은 적어도 2개의 층화된(layered) 정공 수송층을 포함할 수 있고, 이러한 경우, 방출층(130)과 접촉하고 있는 정공 수송층은 제2 정공 수송층(135)으로서 정의되고, 애노드(110)와 접촉하고 있는 정공 수송층은 제1 정공 수송층(34)으로서 정의된다. 유기층의 적층물(105)은 2개의 전자 수송층, 즉, 제1 전자 수송층(31) 및 제2 전자 수송층(33)을 추가로 포함한다. 적층물(105)의 제1 정공 수송층은 정공 주입층의 기능을 가질 수 있고, 전자 차단층의 기능 및/또는 완충층의 기능을 갖는 제3 정공 수송층은 제2 정공 수송층(135)과 방출층(130) 사이에 추가로 개재될 수 있다.
적층물(105)의 정공 수송 영역은 정공 주입층만 또는 정공 수송층만 포함할 수 있다. 또는, 정공 수송 영역은 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있으며, 여기서, 정공 주입층(36)/정공 수송층(34) 또는 정공 주입층(36)/정공 수송층(34)/전자 차단층(135)은 애노드(110)로부터 순차적으로 적층된다.
예를 들어, 전자 주입층(37)이 부가적으로 포함될 수 있으며, 따라서 OLED는 애노드(110)/정공 주입 기능을 갖는 제1 정공 수송층(36)/제2 정공 수송층(34)/전자 차단 기능을 갖는 제3 정공 수송층(135)/방출층(130)/제2 전자 수송층(33)/제1 전자 수송층(31)/전자 주입층(37)/캐소드(150)을 포함할 수 있으며, 이들은 순차적으로 적층된다.
도 3을 참조로, 유기 전자발광 장치(400)는 애노드(110), 제1 정공 수송층(36), 제2 정공 수송층(34), 선택적인 전자 차단층(135), 방출층(130), 선택적인 제2 전자 수송층(33), 제1 전자 수송층(31), 선택적인 전자 주입층(37), 캐소드(150)를 포함하며, 여기서 상기 층들은 해당 순서로 배열된다.
제1 정공 수송층(36)은 적어도 하나의 전기적 p-도판트를 포함하고, 이는 애노드의 일함수와 정공 수송층(34)의 제2 정공 수송 매트릭스의 최고준위 점유 분자 오비탈(HOMO)의 에너지 수준 사이의 차이를 조정하기 위해, 제2 정공 수송층(34)의 제2 정공 수송 매트릭스의 HOMO의 에너지 수준과 애노드의 일함수 사이의 이의 HOMO의 에너지 수준의 중앙값을 갖는 물질일 수 있다.
보조 화합물의 합성
화합물 ETM-7, ETM-10 및 ETM-11을 WO2011/154131 및 WO2016/171356에 기재된 방법에 의해 제조하였다.
OLED의 일반적인 제작 절차
화학식 F1, F2 및 PD-2에 따른 보조 물질을 사용하여 모델 장치를 제조하였다:
비페닐-4-일(9,9-디페닐-9H-플루오렌-2-일)-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-아민, CAS 1242056-42-3, F1;
N,N-비스(4-(디벤조[b,d]푸란-4-일)페닐)-[1,1':4',1''-터페닐]-4-아민, CAS 1198399-61-9, F2;
2,2',2''-(사이클로프로판-1,2,3-트릴리덴)트리스(2-(p-시아노테트라플루오로페닐)아세토니트릴), CAS 1224447-88-4, PD-2.
화합물 ETM-12는 하기 화학식:
장치 실시예 1(상부 방출 청색 OLED)
유리 기판 상에, 100 nm 두께의 은 층을 진공 열 증착(VTE)에 의해 애노드로서 증착시키고, 뒤이어 F1에 따른 화합물의 10 nm 두께의 제1 정공 수송층을 화학식 PD2에 따른 화합물로 도핑하였으며, 여기서, 매트릭스 : 도판트 중량비는 92:8 중량%이고, 뒤이어 화학식 F1에 따른 순수한 화합물로 제조된 117 nm 두께의 비도핑된 제2 정공 수송층, 및 화학식 F2에 따른 순수한 화합물로 제조된 5 nm 두께의 비도핑된 제3 정공 수송층이 존재하였다. 후속해서, 형광 이미터 NUBD370(Sun Fine Chemicals)로 도핑된 화합물 B1(Sun Fine Chemicals)(97:3 중량%)의 청색 형광 방출층을 20 nm의 두께로 증착시킨다. 표 3의 시험된 제2 전자 수송 매트릭스 화합물의 5 nm 두께의 제2 전자 수송층, 및 원소 이테르븀(90:10 중량%)으로 도핑되거나 대안적으로 2.6 중량% Na 및 97.4% Zn을 포함하는 금속 합금 ND1로 도핑된 제1 전자 수송 매트릭스 화합물(Vr)의 33 nm 두께의 제1 전자 수송층을 후속적으로, 상기 방출층 상에 증착시킨다. 마지막으로, 11 nm 두께의 은 층을 금속-도핑된 층의 상부 상에 캐소드로서 증착시키고, 뒤이어 화학식 F1에 따른 순수한 화합물로 제조된 75 nm 두께의 광학 아웃커플링(outcoupling) 층을 증착시킨다.
OLED 적층물은 유리 슬라이드로 장치를 봉지함으로써 주변 조건으로부터 보호될 수 있다. 그렇게 함으로써, 추가적인 보호를 위한 게터 물질을 포함하는 캐비티가 형성된다.
장치 실험의 평가
종래 기술과 비교하여, 본 발명의 실시예의 성능을 평가하기 위해, 전류 효율은 주위 조건(20℃) 하에서 측정된다. 운전 전압 측정은 Keithley 2400 소스 미터를 사용하여 수행되고, 상부 방출장치의 경우 표준 전류 밀도 10 mA/cm2에서의 V로 보고된다. 하부 방출 장치의 경우, 표준 전류 밀도는 통상 15 mA/cm2이다. Instrument Systems사의 교정 분광계(calibrated spectrometer) CAS140이 칸델라의 CIE 좌표 및 휘도 측정을 위해 사용된다. 장치의 수명 LT는 Keithley 2400 소스 미터를 사용하여 주변 조건(20℃) 및 10 mA/cm2 또는 15 mA/cm2의 표준 전류 밀도에서 측정되고 몇 시간 후에 기록된다.
장치의 밝기(brightness)를 교정된 포토 다이오드를 사용하여 측정한다. 수명 LT는, 장치의 휘도가 이의 초기값의 97%까지 감소될 때까지 소요된 시간으로서 정의된다.
외부 효율 EQE에서의 광 출력(light output) 및 전력 효율 Peff(lm/W)는 상부 방출 장치의 경우 10 mA/cm2에서 결정된다.
효율 EQE를 %로 확인하기 위해, 장치의 광 출력을 교정된 포토다이오드를 사용하여 측정한다.
전력 효율을 lm/W로 확인하기 위해, 제1 단계에서 1 제곱미터 당 칸델라(cd/m2)에서 휘도가 Instrument Systems사의 어레이 분광계 CAS140 CT를 이용하여 측정되며, 이러한 분광계는 Deutsche Akkreditierungsstelle(DAkkS)에 의해 교정되었다. 그런 다음, 제2 단계에서, 휘도에 π를 곱하고, 전압 및 전류 밀도로 나눈다.
하부 방출 장치에서, 방출은 주로 랑베르(Lambertian)이고, 외부 양자 효율(EQE) 퍼센트 및 전력 효율 lm/W에서 정량화된다.
운전 전압 및 전류 효율 Ceff의 측면에서의 결과를 표 3에 제시한다.
표 3a: 화합물 B-1(가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 쌍극자 모멘트를 약 0.94 디바이로 가짐) 및 3 중량% NUBD-370으로 구성된 20 nm 두께의 방출층, 비도핑된 5 nm 두께의 제2 전자 수송층(ETL), 10 중량%의 주어진 n-도판트로 도핑된 화학식 2의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물, 예를 들어 화합물 Vr을 포함하는 33 nm 두께의 제1 전자 수송층(EIL1), 및 11 nm 얇은 은 캐소드를 포함하는 상부 방출장치(본 발명, 상기 참조). ND-1은 2.6 중량% Na 및 97.4% Zn을 포함하는 합금이다.
비교 장치는, 본 발명의 이미터 호스트 B1을 화학식 C1에 따른 구조를 갖는 덜 극성인 화합물 ABH-113으로 대체하는 점을 제외하고는, 표 3a의 장치와 완전히 유사하다.
화합물 C1(CAS 1214263-47-4)은 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 쌍극자 모멘트를 약 0.14 디바이로 가진다. 비교 장치의 성능은 표 3b에 주어진다.
표 3a에 따른 본 발명의 장치 및 표 3b에 따른 비교 장치에 대한 결과의 비교는, 이미터 호스트의 쌍극자 모멘트를 본 발명에 의해 요구된 바와 같이 인접한 층과 매칭시키면 장치 성능을 유의하게 개선함을 보여준다.
실시예 1에서와 유사하게, 제2 전자 수송층이 결여된 추가의 장치를 제조하였다. 비교 장치 2A, 2B 및 2C를 화합물 B1 대신에 화합물 C1을 이미터 호스트로서 이용하여 제조하였다. 색상 좌표(colour coordinate), 운전 전압, 전류 효율 Ceff 및 전력 효율 P eff의 측면에서의 결과는 표 4에 보고된다.
본 발명의 장치 2a, 2b 및 2c에 대한 결과와 상응하는 비교 장치 2A, 2B 및 2C에 대한 결과의 비교는 각각, 심지어 제2 전자 수송층이 생략되더라도, 이미터 호스트의 쌍극자 모멘트를 본 발명에 의해 요구되는 바와 같은 인접한 층에 매칭시키는 것이 장치 성능을 유의하게 개선함을 보여준다.
표 5는 예시적인 이미터 호스트 B1 내지 B7에 대해, 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하는 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에 의해 확인된 각각의 최저 에너지 이형태체에 대해 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 계산된 쌍극자 모멘트 및 에너지 수준을 제공한다.
푸란 및/또는 티오펜 고리의 도입이 화합물 C1과 비교하여 최저 에너지 이형태체의 쌍극자 모멘트를 유의하게 증가시키는 것이 명백하다.
값 및 범위가 본원 어디에 제공되든지 간에, 이들 값 및 범위에 의해 포괄된 모든 값 및 범위는 본 발명의 범위 내에 포괄되는 것으로 의미됨을 이해한다. 더욱이, 이들 범위 내에 속하는 모든 값, 뿐만 아니라 값의 범위의 상한 또는 하한 역시, 본 출원에 의해 고려된다.
Claims (16)
- 전자발광 장치로서,
상기 전자발광 장치는
- 적어도 하나의 애노드 층,
- 적어도 하나의 캐소드 층,
- 적어도 하나의 발광층,
- 적어도 하나의 제1 정공 수송층,
- 적어도 하나의 제1 전자 수송층
을 포함하며,
-적어도 하나의 발광층은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 발광층은:
- 적어도 하나의 극성 이미터 호스트 화합물에 포매된 적어도 하나의 형광 이미터 화합물
을 포함하고,
-적어도 하나의 상기 극성 이미터 호스트 화합물은 적어도 3개의 방향족 고리를 가지며, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되며, 기체상 쌍극자 모멘트를 ≥ 0.2 디바이(Debye) 내지 ≤ 2.0 디바이 범위로 가지고, 상기 극성 이미터 호스트 화합물이 화학식 1로 표시된 안트라센 화합물이며:
상기 화학식 1에서,
A1은 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A2는 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A3은 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되며;
A4는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴 또는 C6-C60 헤테로아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고;
-적어도 하나의 제1 정공 수송층은 상기 애노드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층은:
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트, 또는
- 적어도 하나의 전기적 p-도판트 및 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물
을 포함하고;
-적어도 하나의 제1 전자 수송층은 상기 캐소드 층과 상기 발광층 사이에 배열되며, 상기 제1 전자 수송층은:
- 적어도 하나의 산화환원 n-도판트, 및
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물
을 포함하고,
상기 제1 전자 수송 매트릭스 화합물이 적어도 하나의 포스핀 옥사이드기 또는 적어도 하나의 페난트롤린기를 포함하고,
포스핀 기를 포함하는 제1 전자 수송 매트릭스 화합물은 화학식 2를 가지고:
상기 화학식 2에서,
X는 O, S, Se로부터 선택되며;
R1 및 R2는 C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되고;
R3은 화학식 (2A) 또는 화학식 (2B)로부터 선택되며:
상기 화학식 (2A) 또는 화학식 (2B)에서,
*는 R4 또는 Ar1을 화학식 (2) 내의 인 원자에 결합시키기 위한 각각의 R4 또는 Ar1 기 내의 위치를 표시하고;
R4는 C1 내지 C8 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar1은 C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되며;
Ar2는 C18 내지 C40 아릴 및 C10 내지 C40 헤테로아릴로부터 선택되며;
R5는 H, C1 내지 C12 알킬, C6 내지 C20 아릴 및 C5 내지 C20 헤테로아릴로부터 선택되고;
n은 0, 1 또는 2로부터 선택되고,
여기서 "헤테로"는 적어도 하나의 탄소 원자가 B, Si, N, P, O 및 S로부터 선택되는 헤테로 원자로 대체되는 것을 의미하며,
N 원자를 함유하는 분자의 쌍극자 모멘트는 하기와 같이 주어지고:
여기서,및
는 분자 내의 원자 i의 부분 전하 및 위치이고,
부분 전하 및 원자 위치는, 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 표준화된 방법에 의해 기체상 내 분자에 대해 계산되고,
1개 초과의 배좌(conformation)가 실행 가능한(viable) 경우, 쌍극자 모멘트를 결정하기 위해 최저 총 에너지를 갖는 배좌가 선택되는, 전자발광 장치. - 제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 발광층의 경우:
- 상기 극성 이미터 호스트 화합물이 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 방향족 고리를 포함하고, 상기 방향족 고리는 독립적으로 카르보사이클릭 고리 및 헤테로사이클릭 고리로부터 선택되고;
적어도 하나의 상기 제1 정공 수송층의 경우:
- 상기 전기적 p-도판트가:
a) 유기 화합물로서:
(i) 퍼할로겐화된 알킬,
(ii) 카르보닐기,
(iii) 설포닐기,
(iv) 니트릴기 및
(v) 니트로기
로부터 선택되는 적어도 하나의 전자 끄는 기(들)를 포함하는 유기 화합물;
b) 금속 옥사이드, 금속 염 및 금속 착화합물로서, 여기서, 금속 옥사이드, 금속 염 및/또는 금속 착화합물 내의 금속
을 포함하는 군으로부터 선택되고;
- 적어도 하나의 제1 정공 수송 매트릭스 화합물이 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물로부터 선택되고;
적어도 하나의 제1 전자 수송층의 경우:
- 상기 산화환원 n-도판트가:
a) 원소 금속;
b) 유기 라디칼;
c) 전이 금속 착화합물로서, 여기서, 상기 전이 금속이 주기율표의 3족, 4족, 5족, 6족, 7족, 8족, 9족 또는 10족으로부터 선택되고, 산화 상태 (-I), (0), (I) 또는 (II)로 존재하는, 전이 금속 착화합물
을 포함하는 군으로부터 선택되고;
- 적어도 하나의 제1 전자 수송 매트릭스 화합물이 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물로부터 선택되는, 전자발광 장치. - 제1항에 있어서,
- 상기 극성 이미터 호스트 화합물이 기체상 쌍극자 모멘트를 약 ≥ 0.3 디바이 내지 약 ≤ 1.8 디바이의 범위로 가지고, N 원자를 함유하는 분자의 쌍극자 모멘트는 하기와 같이 주어지고:
여기서,및
는 분자 내의 원자 i의 부분 전하 및 위치이고,
부분 전하 및 원자 위치는, 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 표준화된 방법에 의해 기체상 내 분자에 대해 계산되고,
1개 초과의 배좌가 실행 가능한 경우, 쌍극자 모멘트를 결정하기 위해 최저 총 에너지를 갖는 배좌가 선택되고;
- 제1 전자 수송 매트릭스 화합물이 적어도 하나의 포스핀 옥사이드기 또는 적어도 하나의 페난트롤린기를 포함하는, 전자발광 장치. - 제1항에 있어서,
- 화학식 1에서, C6-C60 헤테로아릴의 헤테로 원자가 N, O 및/또는 S를 포함하는 군으로부터 선택되고;
- 화학식 2에서, R1, R2, R5, Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나 또는 모두가 C1 내지 C12 알킬 및 C1 내지 C12 헤테로알킬기로 치환되는, 전자발광 장치. - 제1항에 있어서,
- 화학식 1에서:
- C6-C60 헤테로아릴이 적어도 하나의 5-원 고리를 포함하거나;
- C6-C60 아릴이 안트라센 또는 벤조안트라센을 포함하거나;
- C6-C60 헤테로아릴이 벤조푸란, 디벤조푸란, 벤조-나프토푸란 또는 디나프토푸란을 포함하고;
- 화학식 2에서:
- R1, R2 및 R3으로부터 선택되는 2개의 치환기가 인 원자와 함께 7-원 포스페핀 고리를 형성하는, 전자발광 장치. - 제1항에 있어서,
- 화학식 1에서:
A4가 하기 화학식 (IIa) 내지 (IIi)를 가지고:
상기 화학식 (IIa) 내지 (IIi)에서, *는 안트라센 화합물로의 각각의 A4 기에 대한 결합 위치를 표시한 것인, 전자발광 장치. - 제1항에 있어서,
- 화학식 1에 따른 안트라센 화합물이 화학식 B1 내지 B7의 군으로부터 선택되고:
- 화학식 2에 따른 포스핀 옥사이드기를 포함하는 제1 전자 수송 방향족 매트릭스 화합물이 화학식 Va 내지 Vai의 군으로부터 선택되는, 전자발광 장치:
- 화학식 Va 내지 Ve:
- 화학식 Vf 내지 Vq:
또는
- 화학식 Vr 내지 Vt:
- 화학식 Vu 내지 Vai:
- 제1항에 있어서,
상기 전자발광 장치가 또한, 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함하는 제2 전자 수송층을 포함하고;
상기 제2 전자 수송층이 상기 제1 전자 수송층과 상기 발광층 사이에 배열된, 전자발광 장치. - 제8항에 있어서,
상기 제2 전자 수송 매트릭스 화합물이, 은 클로라이드에 의해 피복되고 측정 용액에 직접 침지된 은 와이어로 구성된 Ag/AgCl 슈도-표준 전극과 백금 작업 전극 사이에서 지지 전해질로서 0.1 M 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트와 함께, 아르곤 분위기 하에, 시험 성분의 아르곤 탈기된, 건조 0.1 M 테트라하이드로푸란 용액에서, 100 mV/s의 스캔 속도로 실온에서 정전위(potentioststic) 장치 Metrohm PGSTAT30 및 소프트웨어 Metrohm Autolab GPES를 이용하여 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정되는 산화환원 전위를, 참조로서 페로센/페로세늄 산화환원 커플에 대해 -2.2 내지 -2.4 V 범위로 갖는, 전자발광 장치. - 제8항에 있어서,
상기 제2 전자 수송 매트릭스 화합물이 표준 방법에 의해 계산된 기체상 쌍극자 모멘트를 0.1 디바이 내지 5.0 디바이의 범위로 갖고, N 원자를 함유하는 분자의 쌍극자 모멘트는 하기와 같이 주어지고:
여기서,및
는 분자 내의 원자 i의 부분 전하 및 위치이고,
부분 전하 및 원자 위치는, 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 가우스 6-31G* 기초 설정을 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 표준화된 방법에 의해 기체상 내 분자에 대해 계산되고,
1개 초과의 배좌가 실행 가능한 경우, 쌍극자 모멘트를 결정하기 위해 최저 총 에너지를 갖는 배좌가 선택되는, 전자발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 정공 수송층이 상기 애노드 층에 인접하여 배열된, 전자발광 장치. - 제11항에 있어서,
상기 전자발광 장치가 또한, 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물로부터 선택되는 제2 정공 수성 매트릭스 화합물을 포함하는 제2 정공 수송층을 포함하는, 전자발광 장치. - 제1항에 따른 적어도 하나의 전자발광 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
- 제1항에 따른 적어도 하나의 전자발광 장치를 포함하는 발광 장치.
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