KR20060002849A - Ｉｒ의 페닐-피라졸 착물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것이다. 본 소자는 애노드, 캐쏘드, 및 상기 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 이들과 전기적으로 연결된 방출층을 구비한다. 상기 방출층은 하기 화학식 I의 화합물을 더 포함할 수 있다. 방출층은 또한, 적어도 제1 리간드 및 제2 리간드에 결합된 금속을 포함하는 화합물(여기서, 제1 리간드는 다른 리간드의 삼중선 에너지에 상응하는 파장보다 80 nm 이상 큰 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 가짐)을 더 포함할 수 있다. 화합물은 금속에 결합된 단 하나의 제1 리간드를 가질 수 있다. 각 리간드는 유기금속일 수 있다. 방출 재료는 발광 소자에 포함될 때 수명이 개선되고 전계발광 효율이 증대될 수 있다.
Figure 112005053080881-PCT00060
상기 화학식에서,
M은 원자량이 40을 초과하는 금속이고;
(C-N)은 치환 또는 비치환된 시클로메탈화 리간드로서, 금속에 결합된 하나 이상의 다른 리간드와는 상이하며,
각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기에서 선택되고;
추가로 또는 대안적으로, 두 인접 치환 위치는 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식 기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식 기는 치환체 R로 임의 치환될 수 있으며;
m은 1 이상일 수 있고;
n은 1 이상이며;
n이 3 경우, R은 시아노기가 아니고;
m + n은 금속이 결합될 수 있는 최대 리간드 수이다.

Description

ＩＲ의 페닐-피라졸 착물{PHENYL-PYRAZOLE COMPLEXES OF IR}
본 출원은 그 전체가 참고문헌으로 포함된 2003년 3월 24일자 미국 특허 가출원 제60/457,012호에 관한 것이며 이를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 유기 발광 소자(OLED), 더 구체적으로는 이러한 소자에 사용되는 인광 유기 재료에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 OLED에 포함시킬 경우 전계발광 효율이 개선되는 인광 재료에 관한 것이다.
유기 재료를 사용하는 광전자 소자는 많은 이유에서 수요가 증가하고 있다. 이러한 소자를 제조하는 데 사용되는 다수의 재료는 비교적 저가이므로, 유기 광전자 소자는 무기 소자에 비하여 비용면에서 유리하기 때문에 유망하다. 또한, 유기 재료는 가요성과 같은 고유의 특성 때문에 가요성 기판 상에 제작하는 것과 같은 특정 용도에 매우 적합할 수 있다. 유기 광전자 소자의 예로는 유기 발광 소자(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광기전력 전지 및 유기 광검출기가 포함된다. OLED에서, 유기 재료는 종래의 재료에 비하여 유리한 성능을 가질 수 있다. 예컨대, 유기 발광 층이 발광하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트를 이용하여 용이하게 조절할 수 있다.
본원에서 사용될 때, "유기"란 유기 광전자 소자를 제작하는 데 사용할 수 있는 소분자 유기 재료 및 중합체 재료를 포함하는 것이다. "소분자"란 중합체가 아닌 임의의 유기 재료를 의미하며, "소분자"는 실제로 매우 광범위할 수 있다. 소분자는 일부 환경에서 반복 단위를 포함할 수 있다. 예컨대, 치환체로서 장쇄 알킬기를 사용한다고 해서 "소분자"류에서 제외되는 것은 아니다. 소분자는 또한 예컨대 중합체 주쇄 상의 현수기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 포함될 수 있다. 소분자는 또한 코어 성분 상에 형성된 일련의 화학적 쉘을 이루는 덴드리머의 코어 성분으로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 성분은 형광 또는 인광 소분자 발광체일 수 있다. 덴드리머는 소분자일 수 있으며, 현재 OLED 분야에서 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 사료된다.
OLED는 전압이 소자에 걸릴 때 발광하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평패널 디스플레이, 조명 및 역광조명과 같은 분야에서의 용도로 점점 주목받는 기술이 되고 있다. 몇몇 OLED 재료 및 구성은 본원에 그 전체가 참고문헌으로 포함된 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 개시되어 있다.
OLED 소자는 (항상은 아니지만) 일반적으로 하나 이상의 전극을 통하여 발광하는 것으로 의도되는데, 하나 이상의 투명 전극이 유기 광전자 소자에 유용할 수 있다. 예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 전극 재료를 기저 전극(bottom electrode)으로서 사용할 수 있다. 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에 개시된 바와 같은 투명 표층 전극(top electrode)도 사용할 수 있다. 기저 전극을 통해서만 발광하도록 되어 있는 소자에서, 표층 전극은 투명할 필요가 없으며, 전기 전도성이 높은 두꺼운 반사성 금속층으로 구성될 수 있다. 유사하게, 표층 전극을 통해서만 발광하도록 되어 있는 전극에서, 기저 전극은 불투명 및/또는 반사성일 수 있다. 전극이 투명할 필요가 없을 경우, 보다 두꺼운 층을 사용하여 전도성을 보다 양호하게 할 수 있고, 반사성 전극을 사용하여 투명 전극을 향해 광을 되반사시킴으로써 다른 전극을 통해 방출되는 광의 양을 증가시킬 수 있다. 양 전극이 투명할 경우, 완전히 투명한 소자도 제조할 수 있다. 사이드 방출 OLED도 제조할 수 있으며, 이러한 소자에서는 한쪽 또는 양쪽 전극이 불투명하거나 반사성일 수 있다.
본원에서 사용될 때, "표층"이란 기판으로부터 가장 멀리 떨어져 있음을 의미하며, 반면 "기저"란 기판에 최근접해 있음을 의미한다. 예컨대, 2 개의 전극을 구비하는 소자의 경우, 기저 전극은 기판에 가장 가까운 전극으로서, 일반적으로 제작되는 제1 전극이다. 기저 전극은 기판에 가장 가까운 기저면과 기판으로부터 보다 멀리 떨어진 표층면의 두 표면을 가진다. 제1 층을 제2 층 "상에 배치"한다고 개시될 경우, 제1 층은 기판으로부터 보다 멀리 배치된다. 제1 층이 제2 층"과 물리적으로 접촉해 있다"고 기술되지 않는 한, 제1 층 및 제2 층 사이에 다른 층들이 존재할 수 있다. 예컨대, 캐쏘드와 애노드 사이에 여러 유기 층이 있을지라도, 캐쏘드는 애노드 "상에 배치된다"고 개시될 수 있다.
본원에서 사용될 때, "처리 가능한 용액"이란 용액 또는 현탁액 형태로 용해, 분산 또는 액체 매질로 전달 및/또는 액체 매질로부터 부착될 수 있음을 의미한다.
인광 발광 분자의 한 용도는 전색 디스플레이(full color display)이다. 이러한 디스플레이에 대한 공업 표준은 "포화"색으로 언급되는 특정 색을 방출하도록 적응된 픽셀을 요한다. 특히, 이들 표준은 포화 레드, 그린 및 블루 픽셀을 요한다. 색은 업계에 널리 공지된 CIE 색도 좌표를 사용하여 측정할 수 있다.
공업 표준에 의하면, 이러한 전색 디스플레이의 수명은 약 5000 시간 이상일 것이 요구된다. 또한, 높은 안정성 및 효율도 고품질 디스플레이의 중요한 특성이다. 이러한 요구조건 때문에, 선행 기술에서 얻어지는 것보다 수명이 더 길고, 안정성이 더 높으며, 레드, 그린 및 블루 파장에서 효율이 더 높은 인광 방출 재료에 대한 필요성이 생겨났다.
그린색 방출 분자의 한 예는 하기 화학식의 구조를 갖는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐, 일명 Ir(ppy)3이다:
Figure 112005053080881-PCT00001
상기 화학식 및 이후의 본원 중의 화학식에서, 질소로부터 금속(여기서는, Ir)까지의 배위 결합은 직선으로 나타낸다. Ir(ppy)3은 CIE 0.30, 0.63에서 스펙트럼을 방출하며, 500 cd/m2의 초기 휘도에서 반감기가 약 10,000 시간이며, 양자 효율이 약 6%이다. Kwong 등, Appl. Phys. Lett., 81, 162(2002).
발명의 개요
유기 발광 소자를 제공한다. 이 소자는 애노드, 캐쏘드, 및 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 애노드 및 캐쏘드와 전기적으로 연결된 방출 층을 구비한다. 방출 층은 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물을 더 포함할 수 있다:
Figure 112005053080881-PCT00002
상기 화학식에서,
M은 원자량이 40을 초과하는 금속이고;
(C-N)은 치환 또는 비치환된 시클로메탈화 리간드로서, 금속에 결합된 하나 이상의 다른 리간드와는 상이하며,
각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기에서 선택되고;
추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 R로 임의 치환될 수 있으며;
m은 1 이상일 수 있고;
n은 1 이상이며;
n이 3 경우, R은 시아노기가 아니고;
m + n은 금속에 결합될 수 있는 최대 리간드 수이다.
방출 층은 적어도 제1 리간드 및 제2 리간드에 결합된 금속을 포함하는 화합물을 더 포함할 수 있는데, 제1 리간드의 삼중선 에너지는 다른 리간드의 삼중선 에너지에 상응하는 파장보다 80 nm 이상 더 큰 파장에 상응한다. 화합물은 금속에 결합된 단 하나의 제1 리간드를 가질 수 있다. 각 리간드는 유기 금속일 수 있다. 방출 층은 발광 소자에 포함될 때 수명이 개선되고 전계발광 효율이 증대될 수 있다.
도 1은 별도의 전자 운반자, 정공 운반자, 방출 층 및 다른 층들을 구비하는 유기 발광 소자를 도시한다.
도 2는 별도의 전자 운반층을 구비하지 않는 인버트 유기 발광 소자를 도시한다.
도 3은 77 K에서 fac-Ir(3bppz)3, fac-Ir(4bppz)3, fac-Ir(14dppz)3, fac-Ir(4bpppz)3, fac-Ir(2dmflpz)3의 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 4는 실온에서 fac-Ir(3bppz)3, fac-Ir(4bppz)3, fac-Ir(14dppz)3, fac- Ir(4bpppz)3, fac-Ir(2dmflpz)3의 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 5는 실온에서 폴리스티렌 중 fac-Ir(14dppz)3, fac-Ir(4bpppz)3, fac-Ir(2dmflpz)3의 방출 스펙트럼을 도시한다.
일반적으로, OLED는 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 이들과 전기적으로 연결된 하나 이상의 유기 층을 포함한다. 본원에서 사용될 때, "사이에 배치되어 전기적으로 연결된"이란 언급된 층들이 반드시 인접하여 직접 접촉하고 있는 것을 의미하지는 않는다. 그렇다기 보다는, 언급된 층들 사이에 추가 층이 배치될 수 있다. 전류를 걸어 줄 경우, 유기 층(들)으로 애노드는 정공을 주입하고 캐쏘드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분사 상에 편재될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 엑시톤이 발광 기전을 통하여 이완될 때 광이 방출된다. 일부 경우, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재될 수 있다. 열적 이완과 같은 비방사 기전도 일어날 수 있으나 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예컨대 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같이 단일선 상태로부터 발광하는 ("형광") 방출 분자를 사용하였다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간에 발생한다.
보다 최근에는, 삼중선 상태에서 발광하는 ("인광") 방출 재료를 갖는 OLED가 등장하였다. Baldo 등, "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, 395권, 151-154, 1998("Baldo-I"), 및 Baldo 등, "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., 75권, 3호, 4-6 (1999)("Baldo-II")[이들 문헌은 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있음]. 인광은 전이에 스핀 상태의 변화가 요구되므로 "금지된" 전이로서 불릴 수 있는데, 양자 역학에서 이러한 전이는 바람직하지 않은 것이다. 따라서, 인광은 일반적으로 10 나노초를 초과하는 시간, 전형적으로 100 나노초를 초과하는 시간에서 일어난다. 인광의 자연 복사 수명이 너무 길 경우, 비복사 기전에 의하여 삼중선이 붕괴되어 발광되지 않을 수 있다. 유기 인광은 또, 매우 저온에서 비공유 전자쌍을 갖는 이종 원자를 함유하는 분자에서 종종 관찰된다. 2,2'-비피리딘은 이러한 분자이다. 비복사 붕괴 기전은 일반적으로 온도 의존성이어서, 액체 질소 온도에서 인광을 나타내는 재료가 실온에서는 인광을 나타내지 않을 수 있다. 그러나, Baldo가 입증한 바와 같이, 이러한 문제는 실온에서 인광성인 인광 화합물을 선택함으로써 해결할 수 있다. 대표적인 방출 층은 미국 특허 제6,303,238호 및 제6,310,360호; 미국 특허 출원 공개공보 제2002-0034656호, 제2002-0182441호 및 제2003-0072964호; 및 제WO-02/074015호에 개시된 바와 같은 도핑된 또는 도핑되지 않은 인광 유기 금속 재료를 포함한다.
일반적으로, OLED에서 엑시톤은 약 3:1의 비(즉, 약 75%의 삼중선 및 25%의 단일선)로 생성되는 것으로 사료된다. 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는, Adachi 등의 "Nearly 100% Internal Phosphorescent Efficiency In An Organic Light Emitting Device," J. Appl. Phys., 90, 5048 (2001)을 참조하기 바란다. 다수의 경우, 단일선 엑시톤은 "계간 변환(intersystem crossing)"을 통하여 에너지를 삼중선 여기 상태로 용이하게 전달할 수 있는 반면, 삼중선 엑시톤은 에너지를 단일선 여기 상태로 용이하게 전달시킬 수 없다. 따라서, 인광 OLED에서 100% 내부 양자 효율이 이론적으로 가능하다. 형광 소자에서는, 삼중선 엑사톤의 에너지가 일반적으로 소자를 가열하는 비복사 붕괴 과정에 소실되어 내부 양자 효율이 훨씬 낮아진다. 삼중선 여기 상태에서 방출하는 인광 재료를 이용하는 OLED는 예컨대 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제6,303,238호에 개시되어 있다.
삼중선 여기 상태로부터 방출 붕괴가 일어나는 중간 비삼중선 상태로의 전이가 인광에 우선할 수 있다. 예컨대, 란탄계열 원소와 배위 결합하는 유기 분자는 종종 란탄계열 금속 상에 편재된 여기 상태로부터 인광을 낸다. 그러나, 이러한 재료는 삼중선 여기 상태로부터 직접 인광을 내는 것이 아니라 란탄계열 금속 이온을 중심으로 한 원자 여기 상태로부터 방출한다. 유로퓸 디케토네이트 착물은 이러한 유형의 종으로 된 하나의 군을 예시한다.
삼중선에서 유래하는 인광은 유기 분자를 원자수가 높은 원자에 근접하도록 바람직하게는 결합을 통해 제한함으로써 형광에 비해 증대될 수 있다, 무거운 원자 효과라고 불리는 이러한 현상은 스핀-오비트 커플링으로 공지된 기전에 의하여 발생한다. 이러한 인광 전이는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)과 같은 유기금속 분자의 여기된 금속에서 리간드로의 전하 이동(MLCT) 상태로부터 관찰될 수 있다.
본원에서 사용될 때, "삼중선 에너지"란 소정 재료의 인광 스펙트럼에서 식별할 수 있는 최고 에너지 특징에 상응하는 에너지를 의미한다. 최고 에너지 특징은 반드시 인광 스펙트럼에서 최대 강도를 갖는 피크인 것은 아니며, 예컨대 이러한 피크의 고에너지 측부 상에 있는 뚜렷한 숄더부의 국소적 최대치일 수 있다.
도 1은 유기 발광 장치(100)를 도시한다. 도면은 반드시 실제 규모로 도시된 것은 아니다. 장치(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 운반층(125), 전자 차단층(130), 방출층(135), 정공 차단층(140), 전자 운반층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐쏘드(160)를 포함할 수 있다. 캐쏘드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 구비한 화합물 캐쏘드이다. 장치(100)는 개시된 층들을 이 순서로 부착시켜 제조할 수 있다.
기판(110)은 소정 구조적 특성을 제공하는 임의의 적당한 기판일 수 있다. 기판(110)은 가요성 또는 강성일 수 있다. 기판(110)은 투명, 반투명 또는 불투명일 수 있다. 플라스틱 및 유리는 바람직한 강성 기판 재료의 예이다. 플라스틱 및 금속 포일은 바람직한 가요성 기판 재료의 예이다. 기판(110)은 회로 제작을 용이하게 하기 위하여 반도체 재료일 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 그 위에 회로가 제작되는 규소 웨이퍼일 수 있어 차후 기판에 부착되는 OLED를 컨트롤할 수 있다. 다른 기판을 사용할 수 있다. 기판(110)의 재료 및 두께는 소정 구조적 및 광학적 특성을 얻을 수 있도록 선택할 수 있다.
애노드(115)는 유기 층에 정공을 운반하기에 충분히 전도성인 임의의 적당한 애노드일 수 있다. 애노드(115)의 재료는 약 4 eV보다 높은 일함수를 갖는 것("고 일함수 재료")이 바람직하다. 바람직한 애노드 재료는 전도성 금속 산화물, 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO) 및 인듐 아연 산화물(IZO), 알루미늄 아연 산화물(AlZnO), 및 금속들을 포함한다. 애노드(115) (및 기판(110))는 기저-방출 소자를 제조할 수 있도록 충분히 투명할 수 있다. 바람직한 투명 기판 및 애노드 조합은 시판되는 ITO(애노드)가 유리 또는 플라스틱(기판)에 부착된 것이다. 가요성 투명 기판-애노드 조합은 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제5,844,363호에 개시되어 있다. 애노드(115)는 불투명 및/또는 반사성일 수 있다. 반사성 애노드(115)는 소자의 표층으로부터 방출되는 광의 양을 증가시켜 일부 표층-방출 소자에 바람직할 수 있다. 애노드(115)의 재료 및 두께는 소정 전도성 및 광학적 특성을 얻을 수 있도록 선택할 수 있다. 애노드(115)가 투명할 경우, 특정 재료에 대하여, 소정 전도성을 제공하기에 충분히 두껍고 소정 투명도를 제공하기에 충분히 얇은 일정 범위의 두께가 있을 수 있다. 다른 애노드 재료 및 구조를 사용할 수 있다.
정공 운반층(125)은 정공을 운반할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 정공 운반층(125)은 고유의(도핑되지 않은) 것이거나 또는 도핑될 수 있다. 도핑은 전도성을 증대시키기 위하여 사용할 수 있다. a-NPD 및 TPD는 고유 정공 운반층의 예이다. p-도핑된 정공 운반층의 예는 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 출원 제10/173,682호에 개시된 바와 같이 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑한 m-MTDATA이다. 다른 정공 운반층도 사용할 수 있다.
방출층(135)은 전류가 애노드(115) 및 캐쏘드(160) 사이를 통과할 때 발광할 수 있는 유기 재료를 포함할 수 있다. 형광 방출 재료도 사용할 수 있으나, 방출층(135)이 인광 방출 재료를 함유하는 것이 바람직하다. 인광 재료는 이러한 재료와 관계있는 발광 효율이 높아서 바람직하다. 방출층(135)은 또한, 엑시톤이 발광 기전을 통하여 방출 재료로부터 이완되도록, 전자, 정공 및/또는 엑시톤을 포획할 수 있는 방출 재료로 도핑된 전자 및/또는 정공을 운반할 수 있는 호스트 재료를 포함할 수 있다. 방출층(135)은 투명성과 방출성을 겸비한 단일 재료를 포함할 수 있다. 방출 재료가 도펀트이든 주요 구성 성분이든, 방출층(135)은 방출 재료의 방출을 조절하는 도펀트와 같은 다른 물질을 포함할 수 있다. 방출층(135)은 더불어 소정 광 스펙트럼을 방출할 수 있는 복수개의 방출 재료를 포함할 수 있다. 인광 방출 재료의 예는 Ir(ppy)3을 포함한다. 형광 방출 재료의 예는 DCM 및 DMQA를 포함한다. 호스트 재료의 예는 Alq3, CBP 및 mCP를 포함한다. 방출 및 호스트 재료의 예는 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 Thompson 등의 미국 특허 제6,303,238호에 개시되어 있다. 방출 재료는 다양한 방식으로 방출층(135)에 포함될 수 있다. 예컨대, 방출 소분자가 중합체에 포함될 수 있다. 다른 방출층 재료 및 구조를 사용할 수 있다.
전자 운반층(140)은 전자를 운반할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 전자 운반층(140)은 고유의(도핑되지 않은)의 것이거나 도핑된 것일 수 있다. 전도성을 증대시키기 위하여 도핑할 수 있다. Alq3는 고유 전자 운반층의 예이다. n-도핑된 전자 운반층의 예는 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 출원 제10/173,682호에 개시된 바와 같이 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이다. 다른 전자 운반층을 사용할 수 있다.
전자 운반층의 전하 운반 성분은 전자가 효율적으로 캐쏘드로부터 전자 운반층의 LUMO(최저 비점유 분자 오비탈: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨로 주입되도록 선택될 수 있다. "전하 운반 성분"은 실질적으로 전자를 운송하는 LUMO를 유도하는 재료이다. 이러한 성분은 기본 재료이거나 도펀트일 수 있다. 유기 재료의 LUMO 레벨은 일반적으로 상기 재료의 전자 친화도를 특징으로 할 수 있으며, 캐쏘드의 상대적 전자 주입 효율은 캐쏘드 재료의 일함수로 특성화될 수 있다. 이것은, 전자 운반층 및 인접 캐쏘드의 바람직한 특성은 ETL의 전하 운반 성분의 전자 친화도 및 캐쏘드 재료의 일함수로 나타낼 수 있음을 의미한다. 특히, 높은 전자 주입 효율을 얻기 위해서, 캐쏘드의 일함수는 전자 운반층의 전하 운반 성분의 전자 친화도보다 0.75 eV 이상 크지 않는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 약 0.5 eV 이상 크지 않다. 전자가 주입되는 임의의 층에도 유사하게 적용된다.
캐쏘드(160)는 전자를 전도하여 소자(100)의 유기 층에 주입할 수 있는 업계에 공지된 임의의 적당한 재료 또는 재료 조합물일 수 있다. 캐쏘드(160)는 투명 또는 불투명일 수 있고 반사성일 수 있다. 금속 및 금속 산화물은 적당한 캐쏘드 재료의 예이다. 캐쏘드(160)는 단일층이거나 복합 구조를 가질 수 있다. 도 1은 얇은 금속층(162) 및 보다 두꺼운 전도성 금속 산화물층(164)을 구비하는 복합 캐쏘드(160)를 도시한다. 복합 캐쏘드에서, 두꺼운 층(164)에 바람직한 재료는 ITO, IZO, 및 기타 업계에 공지된 재료를 포함한다. 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호는 투명한 전기 전도성 스퍼터-부착 ITO층을 중첩시킨 Mg:Ag와 같은 얇은 금속층을 구비하는 복합 캐쏘드를 포함한 캐쏘드의 예를 개시하고 있다. 밑에 있는 유기층과 접촉하는 캐쏘드(160) 부분은, 단일층 캐쏘드(160), 복합 캐쏘드의 얇은 금속층(162) 또는 다른 부분이든지 무관하게, 약 4 eV보다 낮은 일함수를 갖는 재료("저 일함수 재료")로 제조되는 것이 바람직하다. 다른 캐쏘드 재료 및 구조를 사용할 수 있다.
차단층은 방출층을 이탈하는 엑시톤 및/또는 전하 운반자(전자 또는 정공)의 수를 감소시키기 위하여 사용할 수 있다. 전자 차단층(130)은 방출층(135)과 정공 운반층(125) 사이에 배치되어 전자가 정공 운반층(125)의 방향으로 방출층(135)을 이탈하는 것을 차단할 수 있다. 유사하게, 정공 차단층(140)은 방출층(135)과 전자 운반층(145) 사이에 배치되어 정공이 전자 운반층(145)의 방향으로 방출층(135)을 이탈하는 것을 차단할 수 있다. 차단층은 엑시톤이 방출층 밖으로 확산되는 것을 차단하는 데 사용할 수도 있다. 차단층의 이론 및 용도는 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제6,097,147호 및 Forrest 등의 미국 특허 출원 제10/173,682호에 보다 상세히 개시되어 있다.
본원에서 사용될 때, "차단층"은 소자를 통한 전하 운반자 및/또는 엑시톤의운반을 현저히 억제하는 장벽을 제공하는 층을 의미하나, 반드시 전하 운반자 및/또는 엑시톤을 완전히 차단함을 의미하지는 않는다. 소자에 이러한 차단층이 존재함으로써 차단층이 없는 유사한 소자에 비하여 실질적으로 효율이 더 높아질 수 있다. 또한, 차단층을 사용하여 OLED의 소정 영역으로 방출을 제한할 수 있다.
일반적으로, 주입층은 전극 또는 유기층과 같은 하나의 층으로부터 인접 유기층으로의 전하 운반자의 주입을 개선시킬 수 있는 재료를 포함한다. 주입층도 전하 운반 작용을 할 수 있다. 소자(100)에서, 정공 주입층(120)은 애노드(115)로부터 정공 운반층(125)으로의 정공 주입을 개선시키는 임의의 층일 수 있다. CuPc는 ITO 애노드(115) 및 다른 애노드로부터 정공 주입층으로서 사용할 수 있는 재료의 한 예이다. 소자(100)에서, 전자 주입층(150)은 전자 운반층(145)으로의 전자 주입을 개선시키는 임의의 층일 수 있다. LiF/Al은 인접 층으로부터 전자 운반층으로의 전자 주입층으로서 사용할 수 있는 재료의 한 예이다. 다른 재료 또는 재료의 조합도 주입층으로 사용할 수 있다. 특정 소자의 구성에 의하면, 주입층은 소자(100)에 도시된 것과는 상이한 위치에 배치될 수 있다. 주입층의 또다른 예는 본원에 그 전체가 참고문헌으로 인용되어 있는 Lu 등의 미국 특허 출원 제09/931,948호에 제공되어 있다. 정공 주입층은 용액 부착된 재료, 예컨대, 스핀-코팅된 중합체(예, PEDOT:PSS)를 포함하거나, 또는 증착된 소분자 재료(예, CuPc 또는 MTDATA)일 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 애노드 표면을 평면화하거나 습윤시켜 애노드로부터 정공 주입 재료로의 정공 주입을 효율적으로 한다. 정공 주입층은 또한, 본원에 개시된 상대적 이온화 전위(IP) 에너지에 의해서 정의되는 바와 같이, 유리하게 정합되는 HOMO (최고 점유 분자 오비탈: Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨을 갖는 전하 운반 성분을 가질 수 있으며, 인접 애노드 층이 HIL의 한 측부에 정공 운반층이 HIL의 반대편 측부에 존재한다. "전하 운반 성분"은 실제로 정공을 운반하는 HOMO에 기여하는 재료이다. 이 성분은 HIL의 기본 재료이거나 또는 도펀트일 수 있다. 도핑된 HIL을 사용하여 도펀트를 전기 특성에 따라, 호스트를 습윤성, 가요성, 강성 등과 같은 모폴로지 특성에 따라 선택할 수 있다. HIL 재료의 바람직한 특성은 정공이 애노드로부터 HIL 재료로 효율적으로 주입될 수 있도록 하는 특성이다. 특히, HIL의 전하 운반 성분의 IP는 바람직하게는 애노드 재료의 IP보다 약 0.7 eV 이하 더 크다. 더 바람직하게는 HIL의 전하 운반 성분의 IP는 애노드 재료의 IP보다 약 0.5 eV 이하 더 크다. 정공이 주입되는 임의의 층에도 유사하게 적용된다. HIL 재료는, 정공 전도성이 종래의 정공 운반 재료의 정공 전도성보다 실질적으로 낮을 수 있다는 점에서, OLED의 정공 운반층에 일반적으로 사용되는 종래의 정공 운반 재료와는 더 구별된다. 본 발명의 HIL의 두께는 애노드 층의 표면의 평면화 또는 습윤을 돕기에 충분한 두께일 수 있다. 예컨대, 애노드 표면이 매우 평탄하기 위해서는 10 nm의 작은 HIL 두께가 허용될 수 있다. 그러나, 애노드 표면이 매우 거친 경향이 있으므로, 일부 경우에는 50 nm 까지의 HIL 두께가 바람직할 수 있다.
차후 제작 공정 동안 밑층을 보호하기 위하여 보호층을 사용할 수 있다. 예컨대, 금속 또는 금속 산화물 표층 전극을 제작하는 데 사용되는 공정은 유기층을 손상시킬 수 있으므로, 보호층을 사용하여 이러한 손상을 감소 또는 제거할 수 있다. 소자(100)에서, 보호층(155)은 캐쏘드(160) 제작 동안 밑에 있는 유기층에 대한 손상을 감소시킬 수 있다. 보호층은 소자(100)의 작동 전압이 현저히 증가하지 않도록 이것이 운반하는 운반자(소자(100) 중 전자)의 유형에 대하여 높은 운반자 유동성을 갖는 것이 바람직하다. CuPc, BCP, 및 여러가지 금속 프탈로시아닌이 보호층에 사용될 수 있는 예들이다. 다른 재료 또는 재료 조합을 사용할 수 있다. 보호층(155)의 두께는 유기 보호층(160)이 부착된 후 발생하는 제작 공정으로 인한 밑층에 대한 손상이 거의 없거나 완전히 없도록 충분히 두꺼우면서 소자(100)의 작동 전압을 현저히 증가시킬 정도로 두껍지 않은 것이 바람직하다. 보호층(155)을 도핑하여 전도성을 증가시킬 수 있다. 예컨대, CuPc 또는 BCP 보호층(160)은 Li로 도핑할 수 있다. 보호층에 대한 더 상세한 설명은 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 Lu 등의 미국 특허 출원 제09/931,948호에서 찾을 수 있다.
도 2는 인버트 OLED(200)를 도시한다. 소자는 기판(210), 캐쏘드(215), 방출층(220), 정공 운반층(225), 및 애노드(230)를 포함한다. 소자(200)는 상기한 층들을 순서대로 부착시킴으로써 제작할 수 있다. 가장 통상적인 OLED 구성은 애노드 상에 캐쏘드를 부착한 구성을 취하므로, 소자(200)가 애노드(230) 상에 부착된 캐쏘드(215)를 구비하면, 소자(200)는 "인버트" OLED로 불릴 수 있다. 소자(200)의 상응하는 층에 소자(100)에 대하여 개시한 것과 유사한 재료를 사용할 수 있다. 도 2는 소자(100)의 구조로부터 일부 층을 생략할 수 있는 방법의 한 예를 제공한다.
도 1 및 2에 예시한 단순 층상 구조는 비제한적 예로써 제공된 것이며, 본 발명의 구체예는 매우 다양한 다른 구조와 관련하여 사용할 수 있음을 이해하여야 한다. 개시된 구체적인 재료 및 구조는 예시이며, 다른 재료 및 구조를 사용할 수 있다. 디자인, 성능 및 비용 요소를 기초로, 개시한 여러가지 층을 상이한 방식으로 조합하여 기능성 OLED를 얻거나 층 전체를 생략할 수 있다. 구체적으로 개시되지 않은 다른 층들도 포함될 수 있다. 구체적으로 개시된 것과 다른 재료를 사용할 수 있다. 본원에 개시된 다수의 예에는 여러 층들이 단일 재료를 포함하는 것으로서 개시되어 있으나, 호스트 및 도펀트의 혼합물과 같은 재료 조합물 또는 더 일반적으로는 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층들은 여러가지 하부층들을 구비할 수 있다. 본원에서 여러 층들에 주어진 명칭은 엄격하게 제한되도록 의도된 것은 아니다. 예컨대, 소자(200)에서, 정공 운반층(225)은 정공을 운반하여 방출층(220)에 주입하므로, 정공 운반층 또는 정공 주입층으로 개시될 수 있다. 한 구체예에서, OLED는 캐쏘드 및 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 구비하는 것으로서 개시될 수 있다. 이 유기층은 단일층을 포함하거나, 또는 예컨대 도 1 및 2에 관하여 개시한 바와 같은 상이한 유기 재료들의 다층을 더 포함할 수 있다.
본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 Friend 등의 미국 특허 제5,247,190호에 개시된 바와 같은 중합체 재료(PLED)를 포함하는 OLED와 같이, 구체적으로 개시되지 않은 구조 및 재료도 사용할 수 있다. 또다른 예로서는, 단일 유기층을 구비하는 OLED를 사용할 수 있다. 예컨대 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 제5,707,745호에 개시된 바와 같이 OLED는 스택(stack)형일 수 있다. OLED 구조는 도 1 및 2에 예시된 단순 층상 구조로부터 일탈할 수 있다. 예컨대, 기판은 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 제6,091,195호에 개시된 바와 같은 메사 구조 및/또는 Bulovic 등의 미국 특허 제5,834,893호에 개시된 바와 같은 피트 구조와 같이 커플링을 개선시키기 위한 각진 반사 구조를 포함할 수 있다.
달리 언급하지 않는 한, 여러 구체예의 임의의 층을 임의의 적당한 방법에 의하여 부착시킬 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법은 열적 증발, 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호에 개시된 바와 같은 잉크-젯, 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 Forrest의 미국 특허 제6,337,102호에 개시된 바와 같은 유기 증기상 증착(OVPD), 및 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 출원 제10/233,470호에 개시된 바와 같은 유기 증기 젯 프린팅(OVJP)에 의한 부착을 포함한다. 다른 적당한 부착 방법은 스핀 코팅 및 다른 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 비활성 대기에서 실시하는 것이 바람직하다. 다른 층들의 경우, 바람직한 방법은 열적 증발을 포함한다. 바람직한 패터닝 방법은 마스크를 통한 부착, 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호에 개시된 바와 같은 저온 용접, 및 잉크-젯 및 OVJD와 같은 일부 부착 방법과 관련된 패터닝을 포함한다. 다른 방법도 사용할 수 있다. 부착시킬 재료를 특정 부착 방법에 맞도록 변화시킬 수 있다. 예컨대, 분지형 또는 비분지형의 바람직하게는 3 개 이상의 탄소를 함유하는 알킬기 및 아릴기와 같은 치환기를 소분자에 사용하여 용액 공정을 거치는 능력을 증대시킬 수 있다. 20 개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, C3-20은 바람직한 범위이다. 비대칭 재료는 재결정화 경향이 더 낮을 수 있으므로 비대칭 구조를 갖는 재료가 대칭 구조를 갖는 것보다 용액 가공성이 더 양호할 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공을 거치는 능력을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 구체예에 따라 제작된 소자는 평패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 텔레비젼, 빌보드, 실내 또는 실외 조명 및/또는 시그널링용 라이트, 헤드 업 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 가요성 디스플레이, 레이저 프린터, 전화, 휴대폰, 개인 휴대 단말기(PDA), 노트북 컴퓨터, 디지탈 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로-디스플레이, 차량, 큰 면적의 벽, 극장 또는 스타디움 스크린, 또는 사인을 비롯한 다양한 소모품에 포함될 수 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한, 여러가지 제어 기전을 사용하여 본 발명에 따라 제작된 소자를 제어할 수 있다. 다수의 소자는 인간에게 편안한 온도 범위, 예컨대 18∼30℃, 더 바람직하게는 실온(20∼25℃)에서 사용하도록 되어 있다.
본원에 개시된 재료 및 구조는 OLED 이외의 소자에서 사용될 수 있다. 예컨대, 유기 태양 전지 및 유기 광검출기와 같은 다른 광전자 소자에 본 재료 및 구조를 사용할 수 있다. 더 일반적으로는, 유기 트랜지스터와 같은 유기 소자에 본 재료 및 구조를 사용할 수 있다.
본 발명의 구체예에서는, OLED에 포함시킬 경우 효율이 개선되는 인광 화합물을 제공한다. 방출 화합물은 하기 화학식 I의 구조를 가진다:
Figure 112005053080881-PCT00003
상기 화학식에서,
M은 원자량이 40을 초과하는 금속이고;
(C-N)은 치환 또는 비치환된 시클로메탈화 리간드로서, 금속에 결합된 하나 이상의 다른 리간드와는 상이하며,
각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되고;
추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 R로 임의 치환될 수 있으며;
m은 1 이고;
n은 1 이며;
m + n은 금속에 결합될 수 있는 최대 리간드 수이다.
M은 원자량이 40을 초과하는 임의의 금속일 수 있다. 바람직한 금속은 Ir, Pt, Pd, Rh, Re, Os, Tl, Pb, Bi, In, Sn, Sb, Te, Au, 및 Ag를 포함한다. 더 바람직하게는, 금속은 Ir 또는 Pt이다. 가장 바람직하게는, 금속은 Ir이다.
본원에서 사용될 때 "할로" 또는 "할로겐"은 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함한다.
본원에서 사용될 때 "알킬"은 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼을 모두 의미한다. 바람직한 알킬기는 1∼15 개의 탄소 원자를 함유하는 것으로서, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸 등을 포함한다. 추가로, 알킬기는 할로, CN, CO2R, C(O)R, NR2, 환식 아미노, NO2, 및 OR로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용될 때 "시클로알킬"은 환식 알킬 라디칼을 의미한다. 바람직한 시클로알킬기는 3∼7 개의 탄소 원자를 함유하는 것으로서, 시클로프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실 등을 포함한다. 추가로, 시클로알킬기는 할로, CN, CO2R, C(O)R, NR2, 환식 아미노, NO2, 및 OR로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용될 때 "알케닐"은 직쇄 및 분지쇄 알켄 라디칼을 모두 의미한다. 바람직한 알케닐기는 2∼15 개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 추가로, 알케닐기는 할로, CN, CO2R, C(O)R, NR2, 환식 아미노, NO2, 및 OR로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용될 때 "알키닐"은 직쇄 및 분지쇄 알킨 라디칼을 모두 의미한다. 바람직한 알키닐기는 2∼15 개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 추가로, 알키닐기는 할로, CN, CO2R, C(O)R, NR2, 환식 아미노, NO2, 및 OR로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용될 때 "알킬아릴"은 치환기로서 방향족 기를 갖는 알킬기를 의미한다. 추가로, 알킬아릴기는 아릴 상에서 할로, CN, CO2R, C(O)R, NR2, 환식 아미노, NO2, 및 OR로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용될 때 "복소환 기"는 비방향족 환식 라디칼을 의미한다. 바람직한 복소환 기는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하고 모폴리노, 피페리디노 등과 같은 환식 아민 및 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란 등과 같은 환식 에테르를 포함하는 3 또는 7개의 고리 원자를 함유하는 것들이다.
본원에서 사용될 때 "아릴" 또는 "방향족 기"는 단일환 기 및 다환 고리계를 의미한다. 다환 고리는 2 개의 탄소가 두 인접 고리에 공통인 2 이상의 고리("융합된" 고리)를 가질 수 있으며, 고리들 중 하나 이상은 예컨대 방향족이고, 다른 고리들은 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴, 복소환 및/또는 헤테로아릴일 수 있다.
본원에서 사용될 때 "헤테로아릴"은 예컨대, 피롤, 푸란, 티오펜, 이미다졸, 옥사졸, 티아졸, 트리아졸, 피라졸, 피리딘, 피라진 및 피리미딘 등과 같이 1∼3 개의 헤테로 원자를 포함할 수 있는 단일환 헤테로방향족 기를 의미한다. 헤테로아릴은 또한 2 개의 원자가 두 인접 고리에 공통인 2 이상의 고리("융합된" 고리)를 갖는 다환 헤테로방향족계를 포함하며, 여기서, 고리들 중 하나 이상은 예컨대 헤테로아릴이고, 다른 고리들은 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴, 복소환 및/또는 헤테로아릴일 수 있다.
예컨대 n 및 m에 대하여 주어진 것과 같은 모든 수치 범위는 전체 범위를 포함하는 것이다. 따라서, 예컨대, 0∼4의 범위는 0, 1, 2, 3 및 4를 포함할 것이다.
(C-N)은 광활성 리간드를 나타내며, 이러한 리간드는 방출 재료의 광활성 특성에 직접 기여한다고 사료되므로 "광활성"인 것으로 언급된다. 리간드가 광활성인지의 여부는 리간드가 존재하는 특정 화합물에 따른다. 예컨대, Ir(ppy)3의 각 ppy 리간드는 광활성인 것으로 간주된다. 그러나, Ir에 배위결합된 2 개의 ppy 리간드 및 Ir에 배위결합된 X 리간드를 갖는 화합물 (ppy)2IrX에서, 특히 X 리간드의 삼중선 에너지가 ppy 리간드보다 더 낮을 경우, ppy 리간드는 광활성이 아닐 수 있다. 바람직한 (C-N) 리간드는 tpy, ppy, 4,6-F2ppy, 4-MeO-4,6-F2ppy, 4'-DMA-4,6-F2ppy, 2-ppy, 및 2-thpy를 포함한다. 다른 광활성 리간드의 예는 본원에 그 전체 내용이 참고문헌으로 인용되어 있는 Brown 등의 미국 특허 출원 제10/289,915호에 개시되어 있다.
n은 실온에서 방출하지 않는 특정 유형의 리간드의 수를 나타낸다. n은 1 이상이다. m은 특정 유형의 광활성 리간드의 수를 나타내며, 1 이상이다. 금속에 결합할 수 있는 리간드의 최대수는 m+n이다.
바람직한 구체예에서, n은 2이다. 더 바람직하게는, 각 리간드는 유기금속이다.
본 발명 구체예의 화합물은, 생성되는 재료가 (i)탄소-금속 결합, 및 (ii)질소-금속 결합을 갖도록, 화학식 I의 광활성 리간드 하나 이상 및 중금속 이온을 포함한다. 따라서, 본 발명 구체예의 화합물은 하기 화학식의 부분 구조를 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00004
상기 화학식에서, 금속 M 및 각 치환체 R은 화학식 I의 정의에 따라 정의된다.
본 발명의 한 구체예에서, 방출 화합물은 하기 화학식의 리간드를 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00005
상기 화학식에서, 각 R은 화학식 I의 정의에 따라 정의된다.
본 발명의 한 구체예는 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물을 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00006
상기 화학식에서, 금속 M, 각 치환체 R, m, n, 및 (C-N)은 화학식 I의 정의에 따라 정의된다. 바람직하게는, M은 이리듐이다. 또다른 바람직한 구체예에서, R8, R10, 및 R12-R14는 수소이다. 가장 바람직한 구체예에서, n은 2이고 m은 1이다. 본 발명의 한 구체예는 하기 화학식 구조의 리간드를 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00007
바람직하게는, 각 R은 수소이다.
본 발명의 바람직한 구체예는 하기 화학식의 구조를 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00008
Figure 112005053080881-PCT00009
Figure 112005053080881-PCT00010
또다른 구체예에서, 화학식 I의 화합물은, n이 금속(M)에 결합할 수 있는 리간드의 최대수이고 m이 0인 구조를 포함한다. 이 구체예에서, M 및 각 치환체 R은 화학식 I의 정의에 따라 정의되며, 예외로 R은 시아노기가 아니다. 본 발명의 구체예는 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물을 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00011
상기 화학식에서, X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택된다. 바람직하게는, M은 이리듐이고 각 R은 수소이다. 본 발명의 구체예는 하기 화학식 구조의 리간드를 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00012
바람직하게는, 각 R은 수소이다.
상기 구체예와 같이 리간드로서 페닐피라졸 유도체를 사용하는 동종리간드성 (금속 중심에 결합된 모든 리간드가 동일한 구조를 가짐) 이리듐 착물은 전계발광 특질이 빈약한 것으로 나타났다. 이러한 착물은 유체 용액이든 고체 상태이든 실온에서 발광하지 않는 것으로 관찰된다. 그러나, 시아노 치환된 이리듐 페닐피라졸 착물은 약 450 nm의 피크 파장에서 실온에서 발광하는 것으로 이전에 보고되었다. 2004년 8월 27일 내지 30일, 한국 제주도에서 개최된 분자 재료의 전계발광 및 관련 현상에 관한 제4차 국제 회의에서의 Kwon 등의 "Blue Phosphorescent Cyclometalated Iridium Complex through phenylpyrazole derivatives: Synthesis, Characterization and B3LYP Density functional Theory (DFT) Calculations." 동종리간드성 이리듐 착물은 77 K에서 약 440 nm의 피크 파장에서 UV 영역에서 방출하는 것으로 관찰된다. 페닐피라졸 리간드 상에 특정 치환체를 사용하는 것으로 발광 효율이 개선되는 것으로 사료된다. 구체적으로는, 페닐피라졸 리간드에서 페닐, 나프틸 또는 피리딜기의 치환기는 소자 수명을 개선시키고 전계발광 효율을 증대시키는 것으로 사료된다. 또한, 페닐피라졸 리간드의 인접 치환기들을 융합시키면 소자의 수명 및 효율이 개선되는 것으로 사료된다. 이들 치환기는 비제한적 예로서 제공되며, 수명 개선 및 발광 증대를 나타내는 다른 치환된 페닐피라졸 리간드를 사용할 수 있다.
바람직한 구체예에서, 화학식 I에서 정의된 바와 같은 하나 이상의 치환체 R은 치환 또는 비치환될 수 있는 페닐, 나프틸, 또는 피리딜이다. 하나 이상의 치환체 R은 페닐인 것이 바람직하다. 바람직한 구체예는 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물을 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00013
상기 화학식에서, 금속 M, 각 치환체 R, m, n, 및 (C-N)은 화학식 I의 정의에 따라 정의되고, X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며, 추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴일 수 있고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예는 하기 화학식의 구조를 갖는 리간드를 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00014
상기 화학식에서, 각 치환체 R은 화학식 I의 정의에 따라 정의되고, X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며, 추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴일 수 있고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있다.
또다른 구체예에서, 화학식 I에서 정의된 바와 같은 2 이상의 치환체 R은 융합되어 임의 치환될 수 있는 4-원 내지 7-원 환식기를 형성한다. 바람직한 구체예에서, 치환기는 5-원 또는 6-원 환식기를 형성한다. 바람직한 구체예는 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물을 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00015
Figure 112005053080881-PCT00016
상기 화학식에서, 금속 M, 각 치환체 R, m, n, 및 (C-N)은 화학식 I의 정의에 따라 정의되고, X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며, 추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴일 수 있고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있으며, Z는 -CH2, -CRR, -NH, -NR, -O, -S, -SiR로부터 선택된다. 본 발명의 바람직한 구체예는 하기 화학식의 구조를 갖는 리간드를 포함한다:
Figure 112005053080881-PCT00017
상기 화학식에서, 각 치환체 R은 화학식 I의 정의에 따라 정의되고, X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며, 추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴일 수 있고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있으며, Z는 -CH2, -CRR, -NH, -NR, -O, -S, -SiR로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 치환된 페닐피라졸 금속 착물은 이종리간드성이다. 이종리간드성 금속 착물에서, 금속 중심에 결합되는 리간드는 하나 이상의 다른 리간드와 상이한 구조를 가진다. 하나 이상의 리간드는 실온에서 인광 방출 리간드이고 하나 이상의 리간드는 실온에서 인광 방출 리간드가 아닌 것이 바람직하다. 하나의 리간드만이 실온에서 인광 방출 리간드인 것이 더 바람직하다. 본 발명 구체예의 이종리간드성 착물은 동종리간드성 금속 착물에 비하여 몇가지 이점을 가진다. 분자내 소광(intermolecular quenching) 가능성은 동종리간드성 착물보다 본 발명 구체예의 이종리간드성 착물의 경우 동종리간드성 착물과 관련된 유리한 에너지 전이 부위의 밀도가 더 낮으므로 더 낮은 것으로 사료된다. 예컨대, 오직 하나의 방출 리간드만이 금속 중심에 결합되어 있는 본 발명의 특정 구체예인 비스-(1-(4,6-디플루오로-페닐)피라졸레이토, N, C2') 이리듐(페닐피리디네이토, N, C2)은, 삼중선이 방출 리간드(즉, 페닐피리디네이토) 상에 편재되어 있다. 분자내 소광의 바람직한 감소는 소자 효율을 증가시킨다.
또한, 본 발명 구체예의 리간드에서 불소가 치환되면 일반적으로 치환된 리간드의 삼중선 에너지가 증가되는 것으로 사료되어진다. 결과적으로, 리간드가 비방출성이 되도록 삼중선 에너지가 충분히 높은 리간드를 설계하는 한 방법은 불소를 본 발명 구체예의 페닐피라졸 리간드의 수소로 치환하는 것에 의한다.
시클로메탈화 착물이 이종리간드성인 바람직한 구체예에서, 방출 리간드는 비방출 리간드의 삼중선 에너지에 해당하는 파장보다 80 nm 이상 더 큰 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 가진다. 방출 리간드는 500∼520 nm의 파장에 해당하는 삼중선 에너지를 가질 수 있다. 또다른 구체예에서, 방출 리간드는 590 nm 초과의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 가진다. 바람직한 구체예에서, 방출 리간드는 480 nm 미만의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 가진다. 한 구체예에서는, 실온에서 오직 하나의 방출 리간드가 존재한다. 동일한 금속에 결합된, 삼중선 에너지가 더 낮은 다른 리간드의 존재로 인하여, 특정 화합물에서 방출성인 리간드는 다른 화합물에서는 비방출성일 수 있다. 이 경우, 에너지는 삼중선 에너지가 더 높은 리간드로부터 삼중선 에너지가 더 낮은 리간드로 이동되어, 결과적으로, 처음에 보다 높은 삼중선 에너지를 갖는 리간드는 방출에 기여하지 못한다. 또다른 구체예에서는, 실온에서 오직 하나의 방출 리간드가 존재하며 이 리간드는 유기 금속이다.
또다른 구체예에서, 금속에 배위결합된 각 리간드는 금속과 유기금속 결합을 형성한다. 유기금속 리간드는 Ir 및 Pt와 같은 제3열의 전이 금속에 배위결합될 때 비유기금속 리간드보다 열적으로 더 안정하다고 사료되어진다. 시클로메탈화 착물이 이종리간드성인 바람직한 구체예에서는, 2 개의 비방출 리간드가 이리듐에 배위결합된다. 이 경우, 발광 스펙트럼은 본 발명 구체예의 동종리간드성 유기금속 시클로메탈화 착물의 스펙트럼에 비하여 청색쪽으로 이동한 것으로 관찰된다. 청색 스펙트럼 이동은 유기금속 착물중의 탄소 및 금속 원자 사이의 강한 장 상호작용에 기인하는 것으로 사료되어진다.
본 발명의 합성 착물의 경우, 자오선 이성체와 면 이성체는 유사하게 거동하는 것으로 관찰되었다. 따라서, 위치 이성체의 선택은 소자 성능에 유의적인 영향을 주지 않는 것으로 사료되어진다. 자오선 이성체가 합성이 더 용이하므로 바람직할 수 있다. 예컨대, 면 이성체는 일반적으로 자오선 이성체를 변환시켜서 합성한다. 면 이성체는 유기금속 화합물에 가장 통상적인 이성체로 존재하므로 바람직할 수 있다.
본원에 개시된 여러가지 구체예는 실시예일 뿐이며 본 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아닌 것으로 이해된다. 예컨대, 본 발명의 사상에서 일탈하지 않는 한, 본원에 개시된 다수의 재료 및 구조는 다른 재료 및 구조로 대체될 수 있다. 본 발명에 관한 여러가지 이론은 한정의 의도가 아닌 것으로 이해된다. 예컨대, 전하 전달자에 관한 이론은 한정의 의도가 아니다.
재료 정의
본원에서 사용될 때, 약어들은 하기와 같은 재료를 의미한다:
CBP: 4,4'-N,N-디카르바졸-비페닐
m-MTDATA 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민
Alq3: 8-트리스-히드록시퀴놀린 알뤼늄
Bphen: 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
n-BPhen: n-도핑된 BPhen (리튬으로 도핑됨)
F4-TCNQ: 테트라플루오로-테트라시아노-퀴노디메탄
p-MTDATA: p-도핑된 m-MTDATA (F4-TCNQ로 도핑됨)
Ir(ppy)3: 트리스(2-페닐피리딘)-이리듐
Ir(ppz)3: 트리스(1-페닐피라졸로토,N,C(2')이리듐(III)
BCP: 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
TAZ: 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸
CuPc: 코퍼 프탈로시아닌
ITO: 인듐 주석 산화물
NPD: N,N'-디페닐-N-N'-디(1-나프틸)-벤지딘
TPD: N,N'-디페닐-N-N'-디(3-톨릴)-벤지딘
BAlq: 알루미늄(III)비스(2-메틸-8-히드록시퀴놀리네이토)페닐페놀레이트
mCP: 1,3-N,N-디카르바졸-벤젠
DCM: 4-(디시아노에틸렌)-6-(4-디메틸아미노스티릴-2-메틸)-4H-피란
DMQA: N,N'-디메틸퀴나크리돈
PEDOT: PSS: 폴리스티렌설포네이트(PSS)를 사용한 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)의 수분산액
tpy: 2-(p-톨릴)피리딘
ppy: 2-페닐피리딘
4,6-F2ppy: 2-(4',6'-디플루오로페닐)피리딘
4-MeO-4,6-F2ppy: 2-(4',6'-디플루오로페닐)-4-메톡시피리딘
4'-DMA-4,6-F2ppy: 2-(4',6'-디플루오로페닐)-4-(N,N-디메틸아미노)피리딘
2-thpy: 2-(2'-티에닐)피리딘
(46dfppz)2Ir(ppy): 비스(1-(4,6-디플루오로페닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐(III) (2-페닐피리디네이토-N,C2')
(46dfppz)2Ir(tpy): 비스(1-(4,6-디플루오로페닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐(III) (2-(p-톨릴) 피리디네이토-N,C2')
(46dfppz)2Ir(4',6'-F2ppy): 비스(1-(4,6-디플루오로페닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐(III) (2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디네이토-N,C2')
(46dfppz)2Ir(4-MeO-4',6'-F2ppy): 비스(1-(4,6-디플루오로페닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐(III) (2-(4',6'-디플루오로페닐)-4-메톡시피리디네이토-N,C2')
(46dfppz)2Ir(4-DMA-4',6'-F2ppy): 비스(1-(4,6-디플루오로페닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐(III) (2-(4',6'-디플루오로페닐)-4-(N,N'-디메틸아미노)피리디네이토-N,C2')
3bppz: 1-(3-비페닐) 피라졸
4bppz: 1-(4-비페닐) 피라졸
14dppz: 1,4-디페닐피라졸
4bpppz: 1-(4-비페닐)-4-페닐피라졸
2dmflpz: 1-(2-(9,9-디메틸)플루오레닐) 피라졸
3dmflpz: 1-(3-(9,9-디메틸)플루오레닐) 피라졸
fac-Ir(3bppz)3: fac-트리스(1-(3-비페닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐 (III)
fac-Ir(4bppz)3: fac-트리스(1-(4-비페닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐(III)
fac-Ir(14dppz)3: fac-트리스(1,4-디페닐피라졸레이토-N,C2')이리듐(III)
fac-Ir(4bpppz)3: fac-트리스(1-(4-비페닐)-4-페닐피라졸레이토-N,C2')이리듐(III)
fac-Ir(2dmflpz)3: fac-트리스(1-(2-(9,9디메틸)플루오레닐)피라졸레이토-N,C2')이리듐(III)
실험:
이제, 본 발명의 특정 대표적 구체예를 이것이 제조될 수 있는 방법을 포함하여 예시하기로 하겠다. 특정 방법, 재료, 조건, 공정 변수, 장치 등은 반드시 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아닌 것으로 이해된다.
실시예 1
치환된 페닐피라졸에 대한 일반적 합성 반응식
Figure 112005053080881-PCT00018
상기 합성 경로를 통해 합성된 X 리간드는 표 I에 요약되어 있다.
Figure 112005053080881-PCT00019
실시예 2
비페닐피라졸의 일반적 합성 반응식
Figure 112005053080881-PCT00020
상기 합성 경로를 통해 합성된 리간드는 하기 표 II에 요약되어 있다.
Figure 112005053080881-PCT00021
실시예 3
2dmflpz 리간드의 합성
Figure 112005053080881-PCT00022
실시예 4
3dmflpz 리간드의 합성
Figure 112005053080881-PCT00023
실시예 5 (46dfppz)2Ir(ppy), (46dfppz)2Ir(tpy), (46dfppz)2Ir(4',6'-F2ppy), (46dfppz)2Ir(4-MeO-4',6'-F2ppy), 및 (46dfppz)2Ir(4'-DMA-4',6'-F2ppy)의 자오선 이성체의 합성
[(46dfppz)2IrCl]2 착물, 1∼1.05 당량의 적절한 리간드, 5∼10 당량의 K2CO3를 20∼24 시간 동안 글리세롤 중에서 비활성 기체 대기하에 140∼145℃로 환류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후, 증류수를 첨가하고 생성되는 침전물을 여과 분리하여 여러 분량의 증류수로 세척하고 자연 건조하였다. 미정제 생성물을 디클로로메탄을 사용하는 실리카 칼럼 상에서 플래쉬 크로마토그래피하여 60∼80%의 순수한 자오선 이종리간드성 이리듐 트리스-시클로메탈화 착물을 제공하였다.
실시예 6 (46dfppz)2Ir(ppy), (46dfppz)2Ir(tpy), (46dfppz)2Ir(4',6'-F2ppy), (46dfppz)2Ir(4-MeO-4',6'-F2ppy), 및 (46dfppz)2Ir(4'-DMA-4',6'-F2ppy)의 면 이성질체의 합성
아세토니트릴 중 자오선 착물의 아르곤-탈기 용액을 24∼48 시간 동안 UV광 (254 nm 또는 360nm) 으로 조사한 다음 용매를 진공에서 제거하였다.
미정제 생성물을 디클로로메탄을 사용하는 실리카 칼럼 상에서 크로마토그래피하여 >90%의 순수한 면 이종리간드성 이리듐 트리스-시클로메탈화 착물을 제공하였다.
실시예 7 fac-Ir(3bppz)3, fac-Ir(4bppz)3, fac-Ir(14dppz)3, fac-Ir(4bpppz)3, fac-Ir(2dmflpz)3 및 Ir(ppz)3의 합성.
[(C^O)2Ir(O^O)] 착물, 1∼1.1 당량의 적절한 시클로메탈화 리간드를 20∼24 시간 동안 글리세롤 중에서 비활성 기체 대기하에 환류시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후, 증류수를 첨가하고 생성되는 침전물을 여과 분리하여 여러 분량의 증류수로 세척하고 자연 건조하였다. 미정제 생성물을 디클로로메탄을 사용하는 실리카 칼럼 상에서 플래쉬 크로마토그래피하여 60∼80%의 순수한 면 동종리간드성 이리듐 트리스-시클로메탈화 착물을 제공하였다.
표 III에는 실시예 5 및 6의 광물리학적 특성이 요약되어 있다.
Figure 112005053080881-PCT00024
표 IV에는 fac-Ir(CN)3 착물의 전기화학적 및 광물리학적 특성이 요약되어 있다. 산화 및 환원 전위는 페로센을 기준으로 사용하여 무수 DMF 중에서 측정하였다. 모든 환원 전위는 가역적이다. 스펙트럼 및 수명 데이터는 N2로 탈기한 버블인 2-Me THF 용액을 사용하여 얻었다.
Figure 112005053080881-PCT00025
도 3은 fac-Ir(3bppz)3, fac-Ir(4bppz)3, fac-Ir(14dppz)3, fac-Ir(4bpppz)3, fac-Ir(2dmflpz)3에 대한 77 K에서의 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 4는 fac-Ir(3bppz)3, fac-Ir(4bppz)3, fac-Ir(14dppz)3, fac-Ir(4bpppz)3, fac-Ir(2dmflpz)3에 대한 실온에서의 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 5는 실온에서 폴리스티렌중 fac-Ir(14dppz)3, fac-Ir(4bpppz)3, fac-Ir(2dmflpz)3에 대한 방출 스펙트럼을 도시한다.
본 발명은 특정 실시예 및 바람직한 구체예에 관해서 개시되어 있으나, 본 발명은 이들 실시예 및 구체예에 한정되지 않는 것으로 이해된다. 따라서, 청구된 바와 같은 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이 본원에 개시된 특정 실시예 및 바람직한 구체예의 변형을 포함한다.

Claims (86)

  1. 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00026
    상기 화학식에서,
    M은 원자량이 40을 초과하는 금속이고;
    (C-N)은 치환 또는 비치환된 시클로메탈화 리간드로서, 금속에 결합된 하나 이상의 다른 리간드와는 상이하며,
    각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기에서 선택되고;
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 R로 임의 치환될 수 있으며;
    m은 1 이상이고;
    n은 1 이상이며;
    m + n은 금속에 결합될 수 있는 최대 리간드 수이다.
  2. 제1항에 있어서, n은 2인 것인 화합물.
  3. 제2항에 있어서, 각 리간드는 유기금속인 것인 화합물.
  4. 제1항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00027
  5. 제4항에 있어서, M은 Ir, Pt, Pd, Rh, Re, Ru, Os, Tl, Pb, Bi, In, Sn, Sb, Te, Au, 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물.
  6. 제5항에 있어서, M은 Ir인 것인 화합물.
  7. 제6항에 있어서, R8, R10 및 R12-R14는 H인 것인 화합물.
  8. 제7항에 있어서, n은 2이고 m은 1인 것인 화합물.
  9. 제8항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00028
  10. 제8항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00029
  11. 제8항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00030
  12. 제8항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00031
  13. 제8항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00032
  14. 제8항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00033
  15. 제1항에 있어서, 치환기는 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐, 나프틸 또는 피리딜로부터 선택되는 것인 화합물.
  16. 제15항에 있어서, 하나 이상의 치환기는 페닐인 것인 화합물.
  17. 제16항에 있어서, 화합물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00034
    상기 화학식들에서,
    X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며,
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합 된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있다.
  18. 제1항에 있어서, 화합물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00035
    Figure 112005053080881-PCT00036
    상기 화학식들에서,
    X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며,
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있으며,
    Z는 -CH2, -CRR, -NH, -NR, -O, -S, -SiR로부터 선택된다.
  19. 제18항에 있어서, 화합물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00037
    Figure 112005053080881-PCT00038
  20. 제1항에 있어서, 화합물은 인광 방출 재료인 것인 화합물.
  21. 제1항에 있어서, 하나 이상의 리간드는 실온에서 인광 방출 리간드이고, 하나 이상의 리간드는 실온에서 인광 방출 리간드가 아닌 것인 화합물.
  22. 제1항에 있어서, 화합물은 480 nm 미만의 피크 파장에서 방출하는 것인 화합물.
  23. 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물:
    Figure 112005053080881-PCT00039
    상기 화학식에서,
    M은 원자량이 40을 초과하는 금속이고;
    (C-N)은 치환 또는 비치환된 시클로메탈화 리간드이며;
    각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기에서 선택되고;
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 R 또는 CN으로 임의 치환될 수 있으며;
    X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되고;
    n은 1 이상이며;
    m + n은 금속에 결합될 수 있는 최대 리간드 수이다.
  24. 제23항에 있어서, n은 3이고 m은 0인 것인 화합물.
  25. 제24항에 있어서, M은 Ir, Pt, Pd, Rh, Re, Ru, Os, Tl, Pb, Bi, In, Sn, Sb, Te, Au, 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물.
  26. 제25항에 있어서, M은 Ir인 것인 화합물.
  27. 제26항에 있어서, R8 및 R11-R14는 H인 것인 화합물.
  28. 실온에서 방출성인 제1 리간드에 결합하는 금속을 포함하며, 정확히 하나의 제1 리간드가 금속에 결합되며, 상기 제1 리간드는 금속에 결합된 모든 다른 리간드의 삼중선 에너지에 상응하는 파장보다 80 nm 이상 더 큰 파장에 해당하는 삼중선 에너지를 갖고, 금속의 원자량은 40을 초과하는 것인 화합물.
  29. 제28항에 있어서, 제1 리간드는 유기금속인 것인 화합물.
  30. 제28항에 있어서, 제1 리간드는 480 nm 미만의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 화합물.
  31. 제28항에 있어서, 제1 리간드는 500∼520 nm의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 화합물.
  32. 제28항에 있어서, 제1 리간드는 590 nm 초과의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 화합물.
  33. 적어도 제1 리간드 및 제2 리간드에 결합된 금속 M을 포함하는 화합물로서, 각 리간드는 유기금속이고, 제1 리간드는 제2 리간드의 삼중선 에너지에 상응하는 파장보다 80 nm 이상 더 큰 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖고, M은 원자량이 40을 초과하는 금속인 것인 화합물.
  34. 제33항에 있어서, 제1 리간드는 480 nm 미만의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 화합물.
  35. 제33항에 있어서, 제1 리간드는 500∼520 nm의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 화합물.
  36. 제33항에 있어서, 제1 리간드는 590 nm 초과의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 화합물.
  37. (a) 애노드;
    (b) 캐쏘드; 및
    (c) 상기 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 상기 애노드 및 캐쏘드와 전기 적으로 연결되며, 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물을 더 포함하는 방출층
    을 포함하는 유기 발광 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00040
    상기 화학식에서,
    M은 원자량이 40을 초과하는 금속이고;
    (C-N)은 치환 또는 비치환된 시클로메탈화 리간드로서, 금속에 결합된 하나 이상의 다른 리간드와는 상이하며,
    각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기에서 선택되고;
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 R로 임의 치환될 수 있으며;
    m은 1 이상이고;
    n은 1 이상이며;
    m + n은 금속에 결합될 수 있는 최대 리간드 수이다.
  38. 제37항에 있어서, n은 2인 것인 소자.
  39. 제38항에 있어서, 각 리간드는 유기금속인 것인 소자.
  40. 제37항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자.
    Figure 112005053080881-PCT00041
  41. 제40항에 있어서, M은 Ir, Pt, Pd, Rh, Re, Ru, Os, Tl, Pb, Bi, In, Sn, Sb, Te, Au, 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 소자.
  42. 제41항에 있어서, M은 Ir인 것인 소자.
  43. 제42항에 있어서, R8, R10 및 R12-R14는 H인 것인 소자.
  44. 제43항에 있어서, n은 2이고 m은 1인 것인 소자.
  45. 제44항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00042
  46. 제44항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00043
  47. 제44항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00044
  48. 제44항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00045
  49. 제44항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00046
  50. 제44항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00047
  51. 제37항에 있어서, 치환기는 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐, 나프틸 또는 피리딜로부터 선택되는 것인 소자.
  52. 제51항에 있어서, 하나 이상의 치환기는 페닐인 것인 소자.
  53. 제52항에 있어서, 화합물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00048
    상기 화학식들에서,
    X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며,
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합 된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있다.
  54. 제37항에 있어서, 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00049
    Figure 112005053080881-PCT00050
    상기 화학식들에서,
    X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며,
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있으며,
    Z는 -CH2, -CRR, -NH, -NR, -O, -S, -SiR로부터 선택된다.
  55. 제54항에 있어서, 화합물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00051
    Figure 112005053080881-PCT00052
  56. 제37항에 있어서, 화합물은 인광 방출 재료인 것인 소자.
  57. 제37항에 있어서, 하나 이상의 리간드는 실온에서 인광 방출 리간드이고, 하나 이상의 리간드는 실온에서 인광 방출 리간드가 아닌 것인 소자.
  58. 제37항에 있어서, 화합물은 480 nm 미만의 피크 파장에서 방출하는 것인 소자.
  59. (a) 애노드;
    (b) 캐쏘드; 및
    (c) 상기 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 상기 애노드 및 캐쏘드와 전기적으로 연결되며, 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물을 더 포함하는 방출층
    을 포함하는 유기 발광 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00053
    상기 화학식에서,
    M은 원자량이 40을 초과하는 금속이고;
    각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기에서 선택되고;
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 R 및 CN으로 임의 치환될 수 있다.
  60. 제59항에 있어서, 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00054
    상기 화학식에서, X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택된다.
  61. 제60항에 있어서, M은 Ir, Pt, Pd, Rh, Re, Ru, Os, Tl, Pb, Bi, In, Sn, Sb, Te, Au, 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 소자.
  62. 제61항에 있어서, M은 Ir인 것인 소자.
  63. 제62항에 있어서, R8 및 R11-R14는 H인 것인 소자.
  64. (a) 애노드;
    (b) 캐쏘드; 및
    (c) 상기 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 상기 애노드 및 캐쏘드와 전기적으로 연결되어 있는 방출층으로서, 금속이 실온에서 방출성인 제1 리간드에 결합되고, 여기서, 정확히 하나의 제1 리간드가 금속에 결합되며, 제1 리간드는 금속에 결합된 모든 다른 리간드의 삼중선 에너지에 상응하는 파장보다 80 nm 이상 더 큰 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖고, 금속의 원자량은 40을 초과하는 구조를 갖는 화합물을 더 포함하는 방출층
    을 포함하는 유기 발광 소자.
  65. 제64항에 있어서, 제1 리간드는 유기금속인 것인 소자.
  66. 제64항에 있어서, 제1 리간드는 480 nm 미만의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  67. 제64항에 있어서, 제1 리간드는 500∼520 nm의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  68. 제64항에 있어서, 제1 리간드는 590 nm 초과의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  69. (a) 애노드;
    (b) 캐쏘드; 및
    (c) 상기 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 상기 애노드 및 캐쏘드와 전기적으로 연결되어 있는 방출층으로서, 금속 M이 적어도 제1 리간드 및 제2 리간드에 결합되며, 여기서, 각 리간드는 유기금속이고, 제1 리간드는 제2 리간드의 삼중선 에너지에 상응하는 파장보다 80 nm 이상 더 큰 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖고, M은 원자량이 40을 초과하는 금속인 구조를 갖는 화합물을 더 포함하는 방출층
    을 포함하는 유기 발광 소자.
  70. 제69항에 있어서, 제1 리간드는 480 nm 미만의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  71. 제69항에 있어서, 제1 리간드는 500∼520 nm의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  72. 제69항에 있어서, 제1 리간드는 590 nm 초과의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  73. 제69항에 있어서, 소비자 제품에 포함되는 것인 소자.
  74. (a) 애노드;
    (b) 캐쏘드; 및
    (c) 상기 애노드 및 캐쏘드 사이에 배치되어 상기 애노드 및 캐쏘드와 전기적으로 연결되며, 하기 화학식 구조의 리간드를 갖는 화합물을 더 포함하는 방출층
    을 포함하는 유기 발광 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00055
    상기 화학식에서,
    각 R은 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, CO2R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기에서 선택되고;
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 R로 임의 치환될 수 있다.
  75. 제74항에 있어서, 리간드는 하기 화학식의 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00056
  76. 제75항에 있어서, R8, R10 및 R12-R14는 H인 것인 소자.
  77. 제74항에 있어서, 치환기는 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐, 나프틸 또는 피리딜로부터 선택되는 것인 소자.
  78. 제77항에 있어서, 하나 이상의 치환기는 페닐인 것인 소자.
  79. 제78항에 있어서, 리간드는 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00057
    상기 화학식들에서,
    X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며,
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있다.
  80. 제74항에 있어서, 화합물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00058
    상기 화학식들에서,
    X는 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알킬아릴, CN, CF3, C02R, C(O)R, NR2, NO2, OR, 할로, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 또는 복소환 기로부터 선택되며,
    추가로 또는 대안적으로, 임의의 두 인접 치환 위치는 함께 독립적으로 융합된 4- 내지 7-원 환식기를 형성하는데, 상기 환식기는 시클로알킬, 시클로헤테로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 4- 내지 7-원 환식기는 치환체 X로 더 치환될 수 있으며,
    Z는 -CH2, -CRR, -NH, -NR, -O, -S, -SiR로부터 선택된다.
  81. 제80항에 있어서, 리간드는 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 것인 소자:
    Figure 112005053080881-PCT00059
  82. 제74항에 있어서, 리간드는 인광 방출 리간드인 것인 소자.
  83. 제74항에 있어서, 리간드는 480 nm 미만의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  84. 제74항에 있어서, 리간드는 500∼520 nm의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  85. 제74항에 있어서, 리간드는 590 nm 초과의 파장에 상응하는 삼중선 에너지를 갖는 것인 소자.
  86. 제74항에 있어서, 소비자 제품에 포함되는 것인 소자.
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