KR20160068641A - Delayed Fluorescence compound, and Organic light emitting diode device and Display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광물질에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 분자내 전하 이동(intramolecular charge transfer)에 의해 발광효율이 향상되는 지연 형광 화합물, 이를 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a luminescent material. More particularly, the present invention relates to a retardation fluorescent compound having improved luminous efficiency by intramolecular charge transfer, an organic light emitting diode device including the same, and a display device.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기발광다이오드(organic light emitting diode: OLED)라고도 불리는 유기발광다이오드소자의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.Recently, the demand for a flat display device having a small space occupancy has been increased due to the enlargement of a display device. The technology of an organic light emitting diode device, which is also called an organic light emitting diode (OLED) .
유기발광다이오드소자는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 발광물질층에 음극과 양극으로부터 전자와 정공이 주입되면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 플라스틱 같은 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있을 뿐 아니라, 낮은 전압에서 (10V이하) 구동이 가능하고, 또한 전력 소모가 비교적 적으며, 색감이 뛰어나다는 장점이 있다.An organic light-emitting diode device is a device that emits light when electrons and holes are injected from a cathode and an anode into a light emitting material layer formed between an electron injection electrode (cathode) and a hole injection electrode (anode) . The device can be formed not only on a flexible transparent substrate such as a plastic but also can be driven at a low voltage (10 V or less), has relatively low power consumption, and is excellent in color.
유기발광다이오드소자는, 기판 상부에 형성되며 양극인 제 1 전극, 상기 제 1 전극과 이격하며 마주하는 제 2 전극, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 유기발광층을 포함한다.The organic light emitting diode device includes a first electrode that is an anode, a second electrode that faces the first electrode, and an organic light emitting layer that is disposed between the first electrode and the second electrode.
발광효율을 향상시키기 위하여, 상기 유기발광층은 상기 제 1 전극에 순차 적층되는 정공주입층(hole injection layer, HIL), 정공수송층(hole transporting layer, HTL), 발광물질층(emitting material layer, EML), 전자수송층(electron transporting layer, ETL), 전자주입층(electron injection layer, EIL)을 포함할 수 있다.In order to improve the luminous efficiency, the organic light emitting layer may include a hole injection layer (HIL), a hole transporting layer (HTL), an emitting material layer (EML) , An electron transporting layer (ETL), and an electron injection layer (EIL).
양극인 제 1 전극으로부터 정공이 정공주입층, 정공수송층을 통해 발광물질층으로 이동되고, 음극인 제 2 전극으로부터 전자가 전자주입층, 전자수송층을 통해 발광물질층으로 이동된다.The holes are moved from the first electrode as the anode to the light emitting material layer through the hole injecting layer and the hole transporting layer and electrons are moved from the second electrode as the cathode to the light emitting material layer through the electron injecting layer and the electron transporting layer.
상기 발광물질층으로 이동된 정공과 전자는 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하며 불안정한 에너지 상태로 여기 되었다가 안정한 에너지 상태로 돌아오며 빛을 방출하게 된다.The holes and electrons transferred to the light emitting material layer combine with each other to form an exciton, which excites into an unstable energy state, and returns to a stable energy state to emit light.
발광물질층에 이용되는 발광물질의 외부양자효율(ηext)은 아래 식으로 얻어질 수 있다.The external quantum efficiency (eta ext ) of the luminescent material used in the luminescent material layer can be obtained by the following equation.
ηext = ηint ×г × Φ × ηout - coupling η ext = η int × г × Φ × η out - coupling
(여기서, ηint: 내부양자효율, г: charge balance factor, Φ: radiative quantum efficiency, ηout - coupling: out coupling efficiency)(Η int : internal quantum efficiency, Φ: radiative quantum efficiency, η out - coupling : out coupling efficiency)
Charge balance factor(г)는 exciton 을 형성하는 hole 과 electron 의 balance를 의미하며 일반적으로 100% 의 1:1 matching을 가정하여 '1'의 값을 가진다. Radiative quantum efficiency(Φ)는 실질적인 발광물질의 발광효율에 관여하는 값으로, host-dopant 시스템에서는 dopant의 형광 양자효율에 의존한다. The charge balance factor (г) is the balance between hole and electron forming the exciton, and generally has a value of 1 assuming 100% 1: 1 matching. Radiative quantum efficiency (Φ) is a value related to the luminescence efficiency of a practical luminescent material, and depends on the fluorescence quantum efficiency of the dopant in the host-dopant system.
내부양자효율(ηint)은 생성된 여기자(exciton)가 빛의 형태로 전환되는 비율로, 형광 물질의 경우 최대 0.25의 제한적인 값을 갖는다. 정공과 전자가 결합하여 여기자가 형성될 때, spin의 배열에 따라 단일항 여기자(singlet exciton)와 삼중항 여기자(triplet exciton)가 1:3 의 비율로 생성된다. 그러나, 형광 물질에서는 단일항 여기자만이 발광에 참여하고 나머지 75%의 삼중항 여기자는 발광에 참여하지 못하기 때문이다. The internal quantum efficiency (eta int ) has a limiting value of 0.25 at maximum for the fluorescent material, at a rate at which the generated excitons are converted to the form of light. When excitons are formed by the combination of holes and electrons, a singlet exciton and a triplet exciton are generated at a ratio of 1: 3 according to the arrangement of the spin. However, in the fluorescent material, only the single-exciton participates in the luminescence and the remaining 75% of the triplet exciton does not participate in the luminescence.
Out coupling efficiency(ηout - coupling)는 발광된 빛 중 외부로 추출되는 빛의 비율이다. 일반적으로 isotropic한 형태의 분자를 열증착하여 박막을 형성할 경우 개개의 발광분자는 일정한 방향성을 가지지 않고 무질서한 상태로 존재하게 된다. 이러한 무질서한 배열(random orientation) 상태에서의 out coupling efficiency는 일반적으로 0.2로 가정한다.Out coupling efficiency (η out - coupling ) is the ratio of light extracted to the outside of the emitted light. In general, when an isotropic molecule is thermally deposited to form a thin film, the individual luminescent molecules do not have a certain directionality and exist in a disordered state. The out coupling efficiency in this random orientation state is generally assumed to be 0.2.
따라서, 형광 물질을 이용한 유기발광다이오드소자의 최대 발광 효율은 약 5%이하가 된다. Therefore, the maximum luminous efficiency of the organic light emitting diode device using the fluorescent material is about 5% or less.
이와 같이 형광 물질의 낮은 효율 문제를 극복하기 위해, 단일항 여기자와 삼중항 여기자 모두를 빛으로 전환 시키는 발광 메커니즘을 갖는 인광 물질이 개발되었다.In order to overcome the low efficiency problem of the fluorescent material as described above, a phosphorescent material having a light emitting mechanism that converts both singlet excitons and triplet excitons to light has been developed.
적색 및 녹색의 경우 높은 발광효율을 갖는 인광 물질이 개발되어 있으나, 청색의 경우 요구되는 발광효율 및 신뢰성을 만족하는 인광 물질이 개발되지 않고 있다.In the case of red and green phosphors having high luminous efficiency have been developed, phosphors that satisfy the required luminous efficiency and reliability in the case of blue have not been developed.
따라서, 신뢰성을 만족하는 형광 물질에서, 양자 효율을 증가시킴으로써 발광효율을 증가시킬 수 있는 물질의 개발이 요구되고 있다.Therefore, in a fluorescent material satisfying reliability, development of a material capable of increasing the luminous efficiency by increasing the quantum efficiency is required.
본 발명은 형광 물질의 낮은 양자 효율 문제를 해결하고자 한다.The present invention aims at solving the problem of low quantum efficiency of fluorescent materials.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린 전자받개 모이어티의 벤젠링에 전자주개 모이어티가 결합되는 구조의 분자식을 갖는 지연 형광 화합물을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a process for producing a benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline electron acceptor moiety having a molecular formula of a structure in which an electron donor moiety is bonded to a benzene ring Thereby providing a fluorescent compound.
상기 전자주개 모이어티는 카바졸, 페닐카바졸, 아크리딘 또는 페닐아크리딘에서 선택될 수 있다.The electron donor moiety may be selected from carbazole, phenyl carbazole, acridine or phenylacridine.
즉, 본 발명의 지연 형광 화합물은 하기 화학식을 표시되고, m 및 n은 0 내지 2의 정수이며 m 또는 n은 0이고, D1, D2 각각은 카바졸, 페닐카바졸, 아크리딘 또는 페닐아크리딘에서 선택될 수 있다.That is, the retarded fluorescent compound of the present invention is represented by the following formula: m and n are integers from 0 to 2, m or n is 0, and each of D1 and D2 is a carbazole, phenylcarbazole, May be selected from the group consisting of: < RTI ID = 0.0 >
또한, 본 발명은, 유기 발광층이 전술한 지연 형광 화합물을 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an organic light emitting diode device and a display device, wherein the organic light emitting layer includes the above retarded fluorescent compound.
본 발명의 지연형광 화합물은, 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린 전자받개(electron acceptor) 모이어티와 전자주개(electron donor) 모이어티가 결합되는 구조를 가지며, 분자 내에서 전하의 이동이 쉽게 일어나고 발광효율이 향상된다. 따라서, 본 발명의 지연 형광 화합물에서 삼중항 상태의 엑시톤이 발광에 이용되기 때문에, 지연 형광 화합물의 발광 효율이 향상된다.The delayed fluorescent compound of the present invention has a structure in which a benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline electron acceptor moiety and an electron donor moiety are bonded, The charge is easily moved within the light emitting layer and the light emitting efficiency is improved. Therefore, in the retarded fluorescent compound of the present invention, since the triplet exciton is used for luminescence, the luminescent efficiency of the retarded fluorescent compound is improved.
특히, 강한 전자 수용 특성을 갖는 벤조[4,5]티에노[2,3-B]퀴녹살린이 전자받개 모이어티로 이용되고 분자 내에 전자받개 모이어티와 전자주개 모이어티가 포함되어, 삼중항 상태 엑시톤의 이용 효율이 증가한다.Particularly, benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline having strong electron accepting properties is used as an electron acceptor moiety and electron acceptor moiety and electron donor moiety are contained in the molecule, The efficiency of use of the state excitons increases.
또한, 카바졸 또는 아크리딘이 전자주개 모이어티로 이용되어 벤조[4,5]티에노[2,3-B]퀴녹살린과 큰 이면각을 형성하기 때문에, 발광층으로부터 발광되는 빛의 레드 쉬프트(red shift) 문제를 최소화할 수 있다.Further, since carbazole or acridine is used as an electron donor moiety to form a large back angle with benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline, the red shift of light emitted from the light- the red shift problem can be minimized.
또한, 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티가 분자 내에서 결합되고 최고준위 점유 분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO)와 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)의 중첩이 감소됨으로써 전계 활성화 지연 형광(field activated delayed fluorescence) 착물이 형성되어 지연형광 화합물의 발광효율이 더욱 향상된다. The electron donor moiety and the electron acceptor moiety are bonded in the molecule and the superposition of the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) is reduced A field activated delayed fluorescence complex is formed to further improve the luminous efficiency of the retarded fluorescent compound.
따라서, 본 발명의 지연 형광 화합물을 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치는 발광 효율이 향상되고 고품질의 영상을 구현할 수 있다.Therefore, the organic light emitting diode device and the display device including the retarded fluorescent compound of the present invention can improve the luminous efficiency and realize a high quality image.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 화합물의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b 각각은 본 발명에 따른 화합물1의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 3a 및 도 3b 각각은 본 발명에 따른 화합물2의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b 각각은 본 발명에 따른 화합물3의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b 각각은 본 발명에 따른 화합물4의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b 각각은 본 발명에 따른 화합물5의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 7a 및 도 7b 각각은 본 발명에 따른 화합물6의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b 각각은 본 발명에 따른 화합물7의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 9a 및 도 9b 각각은 본 발명에 따른 화합물8의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 10a 및 도 10b 각각은 본 발명에 따른 화합물9의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 11a 및 도 11b 각각은 본 발명에 따른 화합물10의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 12a 및 도 12b 각각은 비교 화합물1의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 13a 및 도 13b 각각은 비교 화합물2의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 14a 및 도 14b 각각은 비교 화합물3의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 15a 및 도 15b 각각은 비교 화합물4의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 16a 및 도 16b 각각은 비교 화합물4의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 17a 및 도 17b 각각은 비교 화합물4의 HOMO와 LUMO 분포를 보여주는 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 화합물의 지연 형광 특성을 보여주는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드소자의 개략적인 단면도이다.1 is a view for explaining an emission mechanism of a retardation fluorescent compound according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of
3A and 3B are views showing the HOMO and LUMO distributions of
4A and 4B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of
5A and 5B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of
6A and 6B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of Compound 5 according to the present invention.
Figures 7a and 7b, respectively, show the HOMO and LUMO distributions of compound 6 according to the invention.
8A and 8B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of compound 7 according to the present invention.
Figures 9a and 9b, respectively, show the HOMO and LUMO distributions of compound 8 according to the present invention.
10A and 10B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of Compound 9 according to the present invention.
11A and 11B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of compound 10 according to the present invention.
12A and 12B are views showing the HOMO and LUMO distributions of
13A and 13B are views showing the HOMO and LUMO distributions of
14A and 14B, respectively, show the HOMO and LUMO distributions of
15A and 15B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of
16A and 16B are diagrams showing the HOMO and LUMO distributions of
17A and 17B are views showing the HOMO and LUMO distributions of
18A to 18C are graphs showing delayed fluorescence characteristics of a retarded fluorescent compound according to an embodiment of the present invention.
19 is a schematic cross-sectional view of an organic light emitting diode device according to an embodiment of the present invention.
본 발명은, 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린 전자받개 모이어티의 벤젠링에 카바졸, 페닐카바졸, 아크리딘 또는 페닐아크리딘에서 선택되는 전자주개 모이어티가 결합되는 구조의 분자식을 갖는 지연 형광 화합물을 제공한다.The present invention relates to an electron donor mordant selected from carbazole, phenylcarbazole, acridine or phenylacridine in a benzene ring of benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline electron acceptor moiety The present invention provides a retarded fluorescent compound having a molecular formula of a structure in which Ti is bonded.
다른 관점에서, 본 발명은, 하기 화학식1로 표시되며, D1, D2 각각은 하기 화학식2에서 선택되고, m 및 n은 0 내지 2의 정수이며, m 또는 n 중 하나는 0이고, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬에서 선택되는 지연 형광 화합물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a compound represented by the following general formula (1), wherein each of D1 and D2 is selected from the following general formula (2), m and n are integers of 0 to 2, one of m or n is 0, Each independently provide a delayed fluorescent compound selected from C1 to C10 alkyl.
[화학식1][Chemical Formula 1]
[화학식2](2)
본 발명의 지연 형광 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나일 수 있다. The retarded fluorescent compound of the present invention may be any of the following compounds.
본 발명의 지연 형광 화합물에 있어서, 상기 지연 형광 화합물의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차이는 0.3eV 이하일 수 있다.In the retarding fluorescent compound of the present invention, the difference between the singlet energy and the triplet energy of the retarding fluorescent compound may be 0.3 eV or less.
다른 관점에서, 본 발명은, 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층을 포함하고, 상기 유기 발광층은, 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린 전자받개 모이어티의 벤젠링에 카바졸, 페닐카바졸, 아크리딘 또는 페닐아크리딘에서 선택되는 전자주개 모이어티가 결합되는 구조의 분자식을 갖는 지연 형광 화합물을 포함하는 유기발광다이오드소자를 제공한다.In another aspect, the present invention provides an organic electroluminescent device comprising a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and an organic light emitting layer positioned between the first and second electrodes, , 5] thieno [2,3-b] quinoxaline A benzene ring of an electron acceptor moiety has a molecular structure of a structure in which an electron donating moiety selected from carbazole, phenylcarbazole, acridine or phenylacridine is bonded And a retardation fluorescent compound having a light-emitting property.
다른 관점에서, 본 발명은, 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층을 포함하고, 상기 유기 발광층은, 하기 화학식1로 표시되며, D1, D2 각각은 하기 화학식2에서 선택되고, m 및 n은 0 내지 2의 정수이며, m 또는 n 중 어느 하나는 0이고, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬에서 선택되는 지연 형광 화합물을 포함하는 유기발광다이오드소자를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting device comprising a first electrode, a second electrode facing the first electrode, and an organic light emitting layer positioned between the first and second electrodes, Each of D1 and D2 is selected from the following formula (2), m and n are integers from 0 to 2, and either m or n is 0, and each of R1 and R2 is independently selected from C1 to C10 alkyl And an organic light-emitting diode device including the selected delayed fluorescent compound.
[화학식1][Chemical Formula 1]
[화학식2](2)
본 발명의 유기발광다이오드소자에 있어서, 상기 지연 형광 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나일 수 있다.In the organic light-emitting diode device of the present invention, the retarded fluorescent compound may be any one of the following compounds.
본 발명의 유기발광다이오드소자에 있어서, 상기 지연 형광 화합물의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차이는 0.3eV 이하일 수 있다.In the organic light emitting diode device of the present invention, the difference between the singlet energy and the triplet energy of the delayed fluorescent compound may be 0.3 eV or less.
본 발명의 유기발광다이오드소자에 있어서, 상기 지연 형광 화합물은 도펀트로 이용되고, 상기 유기 발광층은 호스트를 더 포함할 수 있다.In the organic light emitting diode device of the present invention, the delayed fluorescent compound may be used as a dopant, and the organic light emitting layer may further include a host.
본 발명의 유기발광다이오드소자에 있어서, 상기 호스트의 최고준위 점유 분자궤도 레벨(HOMOHost)과 상기 도펀트의 최고준위 점유 분자궤도 레벨(HOMODopant) 차이(|HOMOHost-HOMODopant|) 또는 상기 호스트의 최저준위 비점유 분자궤도 레벨(LUMOHost)과 상기 도펀트의 최저준위 비점유 분자궤도 레벨(LUMODopant) 차이(|LUMOHost-LUMODopant|)는 0.5eV이하일 수 있다.In the organic light emitting diode device of the present invention, the difference between the highest level occupied molecular orbital level (HOMO Host ) of the host and the highest level occupied molecular orbital level (HOMO Dopant ) of the dopant (| HOMO Host- HOMO Dopant | the lowest level unoccupied molecular orbital level (LUMO Host) and the lowest unoccupied molecular orbital level level (LUMO dopant) of the dopant, the difference (| LUMO Host dopant -LUMO |) may be equal to or less than 0.5eV.
본 발명의 유기발광다이오드소자에 있어서, 상기 지연 형광 화합물은 호스트로 이용되고, 상기 유기 발광층은 도펀트를 더 포함할 수 있다.In the organic light emitting diode device of the present invention, the delayed fluorescent compound may be used as a host, and the organic light emitting layer may further include a dopant.
본 발명의 유기발광다이오드소자에 있어서, 상기 지연 형광 화합물은 제 1 도펀트로 이용되고, 상기 유기 발광층은 호스트 및 제 2 도펀트를 더 포함하며, 상기 제 1 도펀트의 제 1 삼중항 에너지는 상기 호스트의 제 2 삼중항 에너지보다 작고 상기 제 2 도펀트의 제 3 삼중항 에너지보다 클 수 있다.In the organic light emitting diode device of the present invention, the delayed fluorescent compound is used as a first dopant, and the organic light emitting layer further comprises a host and a second dopant, wherein the first triplet energy of the first dopant is May be less than the second triplet energy and greater than the third triplet energy of the second dopant.
또 다른 관점에서, 본 발명은, 기판과, 상기 기판 상에 위치하는 전술한 유기발광다이오드소자와, 상기 유기발광다이오드소자를 덮는 인캡슐레이션 필름과, 상기 인캡슐레이션 필름 상의 커버 윈도우를 포함하는 표시장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a light emitting device comprising a substrate, an organic light emitting diode device disposed on the substrate, an encapsulation film covering the organic light emitting diode device, and a cover window on the encapsulation film, A display device is provided.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 화합물의 구조 및 그 합성예와, 이를 이용한 유기발광다이오드소자에 대해 설명한다.Hereinafter, a structure of a retarded fluorescent compound according to an embodiment of the present invention, a synthesis example thereof, and an organic light emitting diode device using the same will be described.
본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 화합물은, 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린(benzo[4,5]thieno[2,3-b]quinoxaline) 전자받개(electron acceptor) 모이어티와 전자주개(electron donor) 모이어티가 결합되는 구조의 분자식을 가지며, 아래 화학식1로 표시된다.The retarded fluorescent compound according to an embodiment of the present invention may be a benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline electron acceptor such as benzo [4,5] thieno [2,3- acceptor moiety and an electron donor moiety are bonded to each other and represented by the following formula (1).
[화학식1][Chemical Formula 1]
즉, 전자주개 모이어티인 D1, D2가 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린의 벤젠 링에 결합되는 구조를 갖는다.That is, the electron donating moieties D1 and D2 are bonded to the benzene ring of benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline.
이때, m 및 n은 0 내지 2의 정수이며, m 또는 n 중 어느 하나는 0이다. 즉, 아래 화학식2-1에서와 같이 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린의 퀴녹살린 부분의 벤젠링 2,3번 위치에 전자주개 모이어티 D1이 결합된 구조를 갖거나, 아래 화학식2-2에서와 같이 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린의 퀴녹살린 부분의 벤젠링 2번 위치에 전자주개 모이어티 D1이 결합된 구조를 가질 수 있다. 또한, 아래 화학식2-3에서와 같이 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린의 벤조티오펜(benzothiophene) 부분의 벤젠링 2,3번 위치에 전자주개 모이어티 D2가 결합된 구조를 갖거나, 아래 화학식2-4에서와 같이 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린의 벤조티오펜 부분의 벤젠링 2번 위치에 전자주개 모이어티 D2가 결합된 구조를 가질 수 있다.Here, m and n are integers of 0 to 2, and either m or n is 0. That is, the structure in which the electron donating moiety D1 is bonded to the benzene rings 2,3 of the quinoxaline moiety of benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline as shown in Formula 2-1 below Or has a structure in which an electron donating moiety D1 is bonded to the
[화학식2-1][Formula 2-1]
[화학식2-2][Formula 2-2]
[화학식2-3][Formula 2-3]
[화학식2-4][Chemical Formula 2-4]
상기 화학식1에서, 전자주개 모이어티인 D1, D2 각각은 카바졸(carbazole), 페닐카바졸(phenylcarbazole), 아크리딘(acridine) 또는 페닐아크리딘(phenylacridine)에서 선택된다. 예를 들어, 전자주개 모이어티인 D1, D2 각각은 하기 화학식3에 표시된 물질로부터 선택될 수 있다.In
[화학식3](3)
상기 화학식3에서, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬일 수 있다.In
이와 같은 지연 형광 화합물은, 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린 전자받개 모이어티와 전자주개 모이어티가 결합되는 구조를 가지며, 분자 내에서 전하의 이동이 쉽게 일어나고 발광효율이 향상된다.Such a retarded fluorescent compound has a structure in which a benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline electron acceptor moiety and an electron donor moiety are bonded to each other, The efficiency is improved.
즉, 본 발명의 지연 형광 화합물은 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티를 모두 포함함으로써, 분자 내에서 전하의 이동이 쉽게 일어나고 발광 효율이 향상된다. 또한, 삼중항 상태의 엑시톤이 발광에 이용되기 때문에, 지연 형광 화합물의 발광 효율이 향상된다.That is, since the retarded fluorescent compound of the present invention includes both the electron donating moiety and the electron accepting moiety, the charge can easily move within the molecule and the luminous efficiency can be improved. Further, since the triplet exciton is used for luminescence, the luminescent efficiency of the retarded fluorescent compound is improved.
특히, 강한 전자 수용 특성을 갖는 벤조[4,5]티에노[2,3-B]퀴녹살린이 전자받개 모이어티로 이용되고 분자 내에 전자받개 모이어티와 전자주개 모이어티가 포함되어, 삼중항 상태 엑시톤의 이용 효율이 증가한다. 또한, 카바졸 또는 아크리딘이 전자주개 모이어티로 이용되어 벤조[4,5]티에노[2,3-B]퀴녹살린과 큰 이면각을 형성하기 때문에, 발광층으로부터 발광되는 빛의 레드 쉬프트(red shift) 문제를 최소화할 수 있다.Particularly, benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline having strong electron accepting properties is used as an electron acceptor moiety and electron acceptor moiety and electron donor moiety are contained in the molecule, The efficiency of use of the state excitons increases. Further, since carbazole or acridine is used as an electron donor moiety to form a large back angle with benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline, the red shift of light emitted from the light- the red shift problem can be minimized.
또한, 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티가 분자 내에서 결합되고 최고준위 점유 분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO)와 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)의 중첩이 감소됨으로써 전계 활성화 착물이 형성되어 지연형광 화합물의 발광효율이 더욱 향상된다. The electron donor moiety and the electron acceptor moiety are bonded in the molecule and the superposition of the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) is reduced An electric field activating complex is formed and the luminous efficiency of the retarded fluorescent compound is further improved.
본 발명의 실시예에 따른 지연 형광 화합물의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 도면인 도 1을 참조하면, 본 발명의 지연 형광 화합물에서는, 단일항 여기자와삼중항 여기자 모두가 발광에 참여하여 양자 효율이 향상된다.1, which is a drawing for explaining the luminescent mechanism of a retarding fluorescent compound according to an embodiment of the present invention, in the retarding fluorescent compound of the present invention, both singlet excitons and triplet excitons participate in luminescence, thereby improving quantum efficiency do.
즉, 본 발명의 지연 형광 화합물은 전계(field)에 의해 삼중항 여기자가 활성화되어, 삼중항 여기자와 단일항 여기자가 중간 상태(intermediate state, I1)로 이동하고 바닥상태(ground state, S0)로 떨어지면서 발광하게 된다. 다시 말해, 단일항 상태(S1)와 삼중항 상태(T1)에서 중간 상태(I1)로 전이가 일어나고 (S1-> I1 <-T1), 단일항 여기자와 삼중항 여기자 모두가 발광에 참여함으로써, 발광 효율이 향상된다. 이를 FADF (filed activated delayed fluorescence) 화합물로 지칭한다.That is, the delayed fluorescent compound of the present invention activates the triplet exciton by the electric field so that the triplet exciton and the singlet exciton move to the intermediate state (I 1 ) and the ground state (S 0 ) And emits light. In other words, the transition from singlet state (S 1 ) and triplet state (T 1 ) to intermediate state (I 1 ) occurs (S 1 -> I 1 <-T 1 ), and both singlet excitons and triplet excitons The light emitting efficiency is improved. This is referred to as FADF (filed activated delayed fluorescence) compound.
종래 형광 물질은 HOMO와 LUMO가 분자 전체에 퍼져 있기 때문에 단일항상태와 삼중항 상태 사이의 상호 전환이 불가능하다. (selection rule, 선택 규칙)Conventional fluorescent materials are unable to switch between single-state and triplet states because HOMO and LUMO are distributed throughout the molecule. (selection rule)
그러나, 본 발명에서와 같은 FADF 화합물에서는, 분자 내 HOMO와 LUMO 겹침이 적기 때문에, HOMO와 LUMO 사이의 상호작용이 작다. 따라서, 전자의 스핀 상태 변화가 다른 전자에 영향을 미치지 않게 되고, 선택 규칙을 따르지 않는 새로운 전하 이동 밴드(charge transfer band)가 형성된다.However, in the FADF compound as in the present invention, the interactions between HOMO and LUMO are small because the overlapping of HOMO and LUMO in the molecule is small. Therefore, the change in the spin state of the electrons does not affect other electrons, and a new charge transfer band that does not follow the selection rule is formed.
또한, 전자받개 모이어티와 전자주개 모이어티가 분자 내에서 이격되어 있기 때문에, 분자 내 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 분극된 형태로 존재하게 된다. 쌍극자 모멘트가 분극된 상태에서는 HOMO와 LUMO 간의 상호 작용이 작아지게 되어 선택 규칙을 따르지 않을 수 있다. 따라서, FADF 화합물에서는, 삼중항 상태(T1)와 단일항 상태(S1)에서 중간 상태(I1)으로 전이가 가능해지고, 삼중항 여기자가 발광에 참여하게 된다.In addition, since the electron acceptor moiety and the electron donor moiety are spaced apart in the molecule, the dipole moment in the molecule is present in a polarized form. In the state where the dipole moment is polarized, the interaction between HOMO and LUMO becomes small and the selection rule may not be followed. Therefore, in the FADF compound, a transition to the triplet state (T 1) and the intermediate states (I 1) in a singlet state (S 1) becomes possible, triplet exciton is involved in light emission.
유기발광다이오드소자가 구동되면, 전계에 의해 25%의 단일항 상태(S1) 여기자와 75%의 삼중항 상태(T1) 여기자가 중간 상태(I1)로 계간 전이를 일으키고 바닥 상태(S0)로 떨어지면서 발광이 일어나기 때문에 내부 양자 효율은 이론적으로 100%가 된다.When the organic light emitting diode device is driven, 25% of singlet state excitons (S 1 ) excitons and 75% of triplet excitons (T 1 ) excitons cause an interstage transition to an intermediate state (I 1 ) 0 ), the internal quantum efficiency is theoretically 100%.
예를 들어, 화학식1의 지연 형광 화합물은 하기 화학식4의 화합물 중 어느 하나일 수 있다. For example, the delayed fluorescent compound of formula (1) may be any of the compounds of formula (4).
[화학식4][Chemical Formula 4]
본 발명의 지연 형광 화합물은, 전자받개 모이어티로서 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린을 포함하며 카바졸(carbazole), 페닐카바졸(phenylcarbazole), 아크리딘(acridine) 또는 페닐아크리딘(phenylacridine)인 전자주개 모이어티를 포함하기 때문에, 삼중항 상태 엑시톤의 발광 효율이 증가하고 색감이 향상된다.The retarded fluorescent compound of the present invention is a compound containing benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline as an electron acceptor moiety and having a carbazole, phenylcarbazole, acridine or phenylacridine, the luminous efficiency of the triplet state exciton is increased and the color tone is improved.
도 2a 내지 도 17b는 상기 화학식4의 화합물1 내지 16의 HOMO, LUMO 분포를 보여주는 도면이며, 이들 화합물의 HOMO, LUMO, 밴드갭 에너지를 표1에 기재하였다.FIGS. 2A to 17B are graphs showing the HOMO and LUMO distributions of the
도 2a 내지 도 17b와 표1에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 지연 형광 화합물에서는, HOMO와 LUMO의 분리가 잘 일어나고 3.5eV 이상의 에너지 밴드갭을 갖는다. 따라서, 삼중항 상태 엑시톤이 발광에 참여하는 FADF 화합물이 되고, 딥 블루 빛을 발광하게 된다.As shown in FIGS. 2A to 17B and Table 1, in the retarded fluorescent compound of the present invention, separation of HOMO and LUMO occurs well and has an energy band gap of 3.5 eV or more. Therefore, the triplet state exciton becomes a FADF compound participating in luminescence and emits deep blue light.
이하에서는, 본 발명에 실시예에 따른 지연 형광 화합물의 합성예를 설명한다.Hereinafter, examples of synthesis of a retarded fluorescent compound according to an embodiment of the present invention will be described.
-합성예-- Synthesis Example -
1. 화합물1의 합성1. Synthesis of
(1) 화합물C의 합성(1) Synthesis of Compound C
[반응식1-1][Reaction Scheme 1-1]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물A를 diethyl ether에 넣고 녹인 후, 0℃에서 1.2 당량의 화합물B(dissolved in MC)를 천천히 떨어뜨렸다. 상온에서 3시간 교반 후, 3당량의 alumimium chloride를 0℃에서 천천히 떨어뜨렸다. 12시간 동안 교반 후, HCl 1M 용액을 천천히 넣어 반응을 종료시키고 추출하였다. Hexane 을 이용한 숏-컬럼(short-column)을 통해 하얀 고체 상태의 화합물C를 얻었다. In N2 purging, Compound A was dissolved in diethyl ether and then 1.2 equivalents of Compound B (dissolved in MC) was slowly dropped at 0 占 폚. After stirring at room temperature for 3 hours, 3 equivalents of alumimium chloride was slowly dropped at 0 占 폚. After stirring for 12 hours, 1M HCl solution was slowly added to terminate the reaction and extract. A white solid compound C was obtained through a short-column using hexane.
(2) 화합물E의 합성(2) Synthesis of Compound E
[반응식1-2][Reaction Scheme 1-2]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물C, 1.5 당량의 화합물D를 acetic acid에 넣고 90℃에서 교반시켰다. 16시간 후 물을 넣어 반응을 종료시키고 추출하였다. MC와 hexane을 이용하여 침전시킴으로써, 하얀 고체 상태의 화합물E를 얻었다. In N2 purging, compound C, 1.5 equivalents of compound D was added to acetic acid and stirred at 90 < 0 > C. After 16 hours, the reaction was terminated by adding water. MC and hexane to obtain Compound E in the form of a white solid.
(3) 화합물1의 합성(3) Synthesis of
[반응식1-3][Reaction 1 - 3]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물E, 1.2 당량의 화합물F, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 14 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(9:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물1을 얻었다. Compound E, 1.2 equivalents of compound F, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚 under N2 purging under nitrogen atmosphere (N2 purging). After 14 hours, the reaction mixture was extracted with water. Hexane: Compound (1) was obtained as a white solid through a column using an electric field solvent of MC (9: 1).
2. 화합물2의 합성2. Synthesis of
(1) 화합물H의 합성(1) Synthesis of Compound H
[반응식2-1][Reaction Scheme 2-1]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물C, 1.5 당량의 화합물G를 acetic acid에 넣고 90℃에서 교반시켰다. 16시간 후 물을 넣어 반응을 종료시키고 추출하였다. MC와 hexane을 이용해 침전시킴으로써, 하얀 고체 상태의 화합물H를 얻었다. In
(2) 화합물2의 합성(2) Synthesis of
[반응식2-2][Reaction Scheme 2-2]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물H, 2.3 당량의 화합물F, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 18 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(3:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물2를 얻었다. In N2 purging, compound H, 2.3 equivalents of compound F, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚. After 18 hours, the reaction mixture was poured into water and extracted.
3. 화합물3의 합성3. Synthesis of
[반응식3][Reaction Scheme 3]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물E, 1.3 당량의 화합물I, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 12 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC (4:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물3을 얻었다. In N2 purging, compound E, 1.3 equivalents of compound I, 0.05 equivalents of Pd (0), and 4.0 equivalents of potassium carbonate were added to toluene and stirred in an oil bath at 80 占 폚. After 12 hours, water was added to the reaction product and extracted. A white
4. 화합물4의 합성4. Synthesis of
[반응식4][Reaction Scheme 4]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물h, 2.3 당량의 화합물I, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 16 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:EA(4:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물4를 얻었다.In N2 purging, compound h, 2.3 equivalents of compound I, 0.05 equivalents of Pd (0), and 4.0 equivalents of potassium carbonate were added to toluene and stirred in an oil bath at 80 占 폚. After 16 hours, the reaction mixture was extracted with water. A white
5. 화합물5의 합성5. Synthesis of Compound 5
(1) 화합물K의 합성(1) Synthesis of Compound K
[반응식5-1][Reaction Scheme 5-1]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물J를 diethyl ether에 넣고 녹인 후, 0℃에서 1.2 당량의 화합물B(dissolved in MC)를 천천히 떨어뜨렸다. 상온에서 3시간 교반 후, 3당량의 alumimium chloride를 0℃에서 천천히 떨어뜨렸다. 12시간 동안 교반 후, HCl 1M 용액을 천천히 넣어 반응을 종료 시키고 추출하였다. Hexane을 이용한 숏-컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물K를 얻었다. In N2 purging, Compound J was dissolved in diethyl ether and 1.2 equivalents of Compound B (dissolved in MC) was slowly dropped at 0 占 폚. After stirring at room temperature for 3 hours, 3 equivalents of alumimium chloride was slowly dropped at 0 占 폚. After stirring for 12 hours, 1M HCl solution was slowly added to terminate the reaction and extract. A white solid compound K was obtained through a short-column using hexane.
(2) 화합물M의 합성(2) Synthesis of Compound M
[반응식5-2][Reaction Scheme 5-2]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물K, 1.5 당량의 화합물L을 acetic acid에 넣고 90℃에서 교반시켰다. 16시간 후 물을 넣어 반응을 종료시키고 추출하였다. MC와 hexane을 이용하여 침전시킴으로써, 하얀 고체 상태의 화합물M을 얻었다.In N2 purging, compound K, 1.5 equivalents of compound L was added to acetic acid and stirred at 90 < 0 > C. After 16 hours, the reaction was terminated by adding water. MC and hexane to obtain Compound M in a white solid state.
(3) 화합물5의 합성(3) Synthesis of Compound 5
[반응식5-3][Reaction Scheme 5-3]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물M, 1.2 당량의 화합물F, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 12 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(5:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물5를 얻었다.In N2 purging, compound M, 1.2 equivalents of compound F, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚. After 12 hours, water was added to the reaction product and extracted. Compound 5 was obtained as a white solid through a column using hexane: MC (5: 1) electric field solvent.
6. 화합물6의 합성6. Synthesis of Compound 6
(1) 화합물O의 합성(1) Synthesis of Compound O
[반응식6-1][Reaction Scheme 6-1]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물N을 diethyl ether에 넣고 녹인 후, 0℃에서 1.2 당량의 화합물B(dissolved in MC)를 천천히 떨어뜨렸다. 상온에서 3시간 교반 후, 3당량의 alumimium chloride를 0℃에서 천천히 떨어뜨렸다. 12시간 동안 교반 후, HCl 1M 용액을 천천히 넣어 반응을 종료시키고 추출하였다. Hexane 을 이용한 숏-컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물O를 얻었다.In N2 purging, compound N was dissolved in diethyl ether and 1.2 equivalents of compound B (dissolved in MC) was slowly dropped at 0 占 폚. After stirring at room temperature for 3 hours, 3 equivalents of alumimium chloride was slowly dropped at 0 占 폚. After stirring for 12 hours, 1M HCl solution was slowly added to terminate the reaction and extract. A white solid compound O was obtained through a short-column using hexane.
(2) 화합물P의 합성(2) Synthesis of Compound P
[반응식6-2][Reaction Scheme 6-2]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물O, 1.5 당량의 화합물L을 acetic acid에 넣고 90℃에서 교반시켰다. 16시간 후 물을 넣어 반응을 종료시키고 추출하였다. MC와 hexane을 이용하여 침전시킴으로써, 하얀 고체 상태의 화합물P를 얻었다.In a nitrogen atmosphere (N2 purging), compound O, 1.5 equivalents of compound L was added to acetic acid and stirred at 90 < 0 > C. After 16 hours, the reaction was terminated by adding water. MC and hexane to obtain Compound (P) in a white solid state.
(3) 화합물6의 합성(3) Synthesis of Compound 6
[반응식6-3][Reaction Scheme 6-3]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물P, 2.3 당량의 화합물F, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 18 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(3:2)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물6을 얻었다.Compound P, 2.3 equivalents of compound F, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane, and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚 in a nitrogen atmosphere (N2 purging). After 18 hours, the reaction mixture was poured into water and extracted. Hexane: Compound (6) was obtained as a white solid through a column using an electric field solvent of MC (3: 2).
7. 화합물7의 합성7. Synthesis of Compound 7
[반응식7][Reaction Scheme 7]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물M, 1.3 당량의 화합물I, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 13 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC (4:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물7을 얻었다.In
8. 화합물8의 합성8. Synthesis of Compound 8
[반응식8][Reaction Scheme 8]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물P, 2.3 당량의 화합물I, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 20 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:EA(3:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물8을 얻었다.Compound P, 2.3 equivalents of compound I, 0.05 equivalents of Pd (0), and 4.0 equivalents of potassium carbonate were placed in toluene and stirred in an oil bath at 80 占 폚 under nitrogen atmosphere (N2 purging). After 20 hours, the reaction mixture was extracted with water. A white solid compound 8 was obtained through column using hexane: EA (3: 1) electric field solvent.
9. 화합물9의 합성9. Synthesis of Compound 9
(1) 화합물R의 합성(1) Synthesis of Compound R
[반응식9-1][Reaction Scheme 9-1]
화합물Q(46.9 mmol)를 메탄올 용매에 혼합한 후 질소 분위기 하에 교반시켰다. 0℃에서 10 분간 추가로 교반한 뒤, thionyl chloride(21.2 mmol)를 천천히 떨어뜨렸다. 혼합 용액을 90℃에서 12 시간 이상 교반시켰다. 반응 종료 후 용매를 제거하고 증류수와 에틸아세테이트를 투입하여 추출하였다. 추출한 유기층에서 마그네슘설페이트를 이용하여 수분을 제거하였다. 남은 용매를 제거한 후, 헥산과 에틸아세테이트를 이용한 컬럼크로마토그래피를 통해 습식 정제함으로써, 짙은 노란색의 액체 상태 화합물R을 얻었다.Compound Q (46.9 mmol) was mixed with a methanol solvent and stirred under a nitrogen atmosphere. After further stirring at 0 ° C for 10 minutes, thionyl chloride (21.2 mmol) was slowly dropped. The mixed solution was stirred at 90 DEG C for 12 hours or longer. After completion of the reaction, the solvent was removed, and distilled water and ethyl acetate were added to extract. Water was removed from the extracted organic layer using magnesium sulfate. After the remaining solvent was removed, the product was wet-purified through column chromatography using hexane and ethyl acetate to obtain a dark yellow liquid-state compound R.
(2) 화합물S의 합성(2) Synthesis of compound S
[반응식9-2][Reaction Scheme 9-2]
화합물R(38.1 mmol)를 질소 분위기에서 테트라하이드로퓨란 용매에 교반시킨 후, 메틸 마그네슘 브로마이드(4.6 당량)를 천천히 떨어뜨렸다. 실온에서 12시간 이상 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 증류수를 천천히 투입하고 에틸아세테이트를 이용하여 추출하였다. 유기층에서 마그네슘설페이트를 이용하여 수분을 제거하고, 남은 용매를 제거하였다. 렉산과 에틸아세테이트를 이용하여 컬럼크로마토그래피 습식정제함으로써, 노란색 액체 상태의 화합물S를 얻었다. Compound R (38.1 mmol) was stirred in a tetrahydrofuran solvent in a nitrogen atmosphere and then methylmagnesium bromide (4.6 eq.) Was slowly dropped. Followed by stirring at room temperature for 12 hours or longer. After completion of the reaction, distilled water was slowly added thereto and extracted with ethyl acetate. Water was removed from the organic layer using magnesium sulfate, and the remaining solvent was removed. The product was wet-purified by column chromatography using lexane and ethyl acetate to obtain Compound S in a yellow liquid state.
(3) 화합물T의 합성(3) Synthesis of compound T
[반응식9-3][Reaction Scheme 9-3]
화합물S(33.1 mmol)를 과량의 인산(160 ml) 용매와 실온에서 교반시켰다. 16시간 이상 교반 후 200-250 ml의 증류수를 천천히 투입하였다. 이후, 0.5-1 시간 교반하고 석출된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 수산화나트륨 수용액과 다이클로로메탄 용매를 이용하여 추출하고, 유기층에서 마그네슘설페이트를 이용하여 수분제거하였다. 남은 유기 용매를 제거하여 흰색 고체 상태의 화합물T를 얻었다. Compound S (33.1 mmol) was stirred with excess phosphoric acid (160 ml) at room temperature. After stirring for more than 16 hours, 200-250 ml of distilled water was slowly added. Thereafter, the mixture was stirred for 0.5-1 hours, and the precipitated solid was filtered. The filtered solid was extracted with an aqueous solution of sodium hydroxide and dichloromethane, and water was removed from the organic layer using magnesium sulfate. The remaining organic solvent was removed to obtain Compound T in a white solid state.
(4) 화합물9의 합성(4) Synthesis of Compound 9
[반응식9-4][Reaction Scheme 9-4]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물E, 1.2 당량의 화합물T, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 16 시간 후, 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(3:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물9를 얻었다. In N2 purging, compound E, 1.2 equivalents of compound T, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane, and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚. After 16 hours, water was added to the reaction and extracted. Compound 9 was obtained in the form of a white solid through a column using an Hexane: MC (3: 1) electric field solvent.
10. 화합물10의 합성10. Synthesis of Compound 10
[반응식10][Reaction Scheme 10]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물H, 2.2 당량의 화합물T, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 18 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(1:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물10을 얻었다.In N2 purging, Compound H, 2.2 equivalents of compound T, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane, and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚. After 18 hours, the reaction mixture was poured into water and extracted. A white solid compound 10 was obtained through column using hexane: MC (1: 1) electric field solvent.
11. 화합물11의 합성11. Synthesis of Compound 11
(1) 화합물V의 합성(1) Synthesis of Compound V
[반응식11-1][Reaction Scheme 11-1]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물T, 0.8 당량의 화합물U, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 11 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(9:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물V를 얻었다.Compound T, 0.8 equivalents of compound U, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane, and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚 under
(2) 화합물W의 합성(2) Synthesis of Compound W
[반응식11-2][Reaction Scheme 11-2]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물V, 1.5 당량의 Bu-Li을 ether에 넣고 -78℃에서 교반시켰다. 4시간 반응 후, 1.2 당량의 triethyl borate를 넣고 -78℃에서 30분간 교반시켰다. Dry ice bath를 제거하여 반응 온도를 상온으로 올려주었다. 14시간 반응 후, HCl(in DI water) 30ml를 넣고 유기 용매를 제거하였다. 유기용매가 모두 제거된 후, 물에 침전된 고체를 여과함으로써 하얀 고체 상태의 화합물W를 얻었다.In a nitrogen environment (N2 purging), Compound V, 1.5 equivalent of Bu-Li was added to ether and stirred at -78 [deg.] C. After 4 hours of reaction, 1.2 equivalent of triethyl borate was added and the mixture was stirred at -78 캜 for 30 minutes. Dry ice bath was removed and the reaction temperature was raised to room temperature. After the reaction for 14 hours, 30 ml of HCl (in DI water) was added and the organic solvent was removed. After all of the organic solvent was removed, the solid precipitated in water was filtered to obtain a compound W in a white solid state.
(3) 화합물11의 합성(3) Synthesis of Compound 11
[반응식11-3][Reaction Scheme 11-3]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물E, 1.3 당량의 화합물W, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 11 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC (2:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물11을 얻었다. Compound E, 1.3 equivalents of compound W, 0.05 equivalent of Pd (0) and 4.0 equivalents of potassium carbonate were placed in toluene and stirred in an oil bath at 80 占 폚 under
12. 화합물12의 합성12. Synthesis of Compound 12
[반응식12][Reaction Scheme 12]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물H, 2.3 당량의 화합물W, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 16 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:EA(3:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물12를 얻었다. In N2 purging, compound H, 2.3 equivalents of compound W, 0.05 equivalent of Pd (0) and 4.0 equivalents of potassium carbonate were placed in toluene and stirred in an oil bath at 80 占 폚. After 16 hours, the reaction mixture was extracted with water. A white solid compound 12 was obtained through column using hexane: EA (3: 1) electric field solvent.
13. 화합물13의 합성13. Synthesis of Compound 13
[반응식13][Reaction Scheme 13]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물M, 1.2 당량의 화합물T, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 12 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(4:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물13을 얻었다.In N2 purging, compound M, 1.2 equivalents of compound T, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚. After 12 hours, water was added to the reaction product and extracted. A white solid compound 13 was obtained through column using hexane: MC (4: 1) electric field solvent.
14. 화합물14의 합성14. Synthesis of Compound 14
[반응식14][Reaction Scheme 14]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물P, 2.3 당량의 화합물T, 1.0 당량의 CuI, 3.5 당량의 diaminocyclohexane, 4.0 당량의 potassium phosphate를 1,4-dioxane에 넣고 90℃ oil bath에서 교반시켰다. 18 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(1:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물14를 얻었다.Compound P, 2.3 equivalents of compound T, 1.0 equivalent of CuI, 3.5 equivalents of diaminocyclohexane, and 4.0 equivalents of potassium phosphate were placed in 1,4-dioxane and stirred in an oil bath at 90 占 폚 under
15. 화합물15의 합성15. Synthesis of Compound 15
[반응식15][Reaction Scheme 15]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물M, 1.3 당량의 화합물W, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 13 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:MC(3:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물15를 얻었다.In N2 purging, compound M, 1.3 equivalents of compound W, 0.05 equivalent of Pd (0), and 4.0 equivalents of potassium carbonate were added to toluene and stirred in an oil bath at 80 占 폚. After 13 hours, the reaction mixture was extracted with water. Compound 15 in the form of a white solid was obtained through a column using an electric field solvent of hexane: MC (3: 1).
16. 화합물16의 합성16. Synthesis of Compound 16
[반응식16][Reaction Scheme 16]
질소 환경 하(N2 purging)에서, 화합물P, 2.3 당량의 화합물W, 0.05 당량의 Pd(0), 4.0 당량의 potassium carbonate를 toluene에 넣고 80℃ oil bath에서 교반시켰다. 20 시간 후 반응물에 물을 넣고 추출하였다. Hexane:EA(3:1)의 전계 용매를 이용한 컬럼을 통해 하얀 고체 상태의 화합물16을 얻었다.Compound P, 2.3 equivalents of compound W, 0.05 equivalent of Pd (0), and 4.0 equivalents of potassium carbonate were placed in toluene and stirred in an oil bath at 80 占 폚 under nitrogen atmosphere (N2 purging). After 20 hours, the reaction mixture was extracted with water. Compound 16 in the form of a white solid was obtained through column using hexane: EA (3: 1) electric field solvent.
화합물1 내지 16의 질량분석 결과를 표2에 기재하였다.The mass spectrometry results of the
Hamamatsu 사의 Quantarus tau 장비를 이용하여 O2 free 조건에서 하기 화학식5 화합물(Ref)과 상기 화합물1, 5(Com1, Com5)의 발광 특성을 측정하였고, 측정 결과를 표3 및 도 18a 및 도 18c에 기재하였다.(Ref) and the
[화학식5][Chemical Formula 5]
표3과 도 18a에서 보여지는 바와 같이 상기 화학식5의 화합물(Ref)은 수백 nano-second (ns)의 지연형광 현상을 보이는 반면, 표3과 도 18b 및 도 18c에서 보여지는 바와 같이, 화합물1 및 화합물5(Com1, Com5)는 각각 수만 nano-second (ns)의 지연형광 현상을 보였다.As shown in Table 3 and FIG. 18A, the compound (Ref) of Formula 5 shows a delayed fluorescence phenomenon of several hundred nanoseconds (ns), whereas, as shown in Tables 3 and 18b and 18c, And Compound 5 (Com1, Com5) showed delayed fluorescent phenomena of tens of nanoseconds (ns), respectively.
전술한 바와 같이, 본 발명의 지연 형광 화합물은 전계 활성화(field activated)되어 단일항 상태(S1) 여기자와 삼중항 상태(T1) 여기자가 중간 상태(I1)으로 전이되고 이들 모두가 발광에 참여한다.As described above, the retarded fluorescent compound of the present invention is field activated to convert monophasic state (S 1 ) excitons and triplet state (T 1 ) excitons to intermediate states (I 1 ) .
이러한 전계 활성화 착물은, 한 분자 내에 전자주개 모이어티와 전자받개 모이어티를 동시에 가지고 있는 단분자 화합물이며, 분자 내에서 전자의 이동이 쉽게 일어나게 된다. 전계 활성화 착물은 특정 조건에서 전자주개 모이어티에서 전자가 전자받개 모이어티로 이동하여 분자 내에서 전하(charge)의 분리가 일어날 수 있다.Such a field activating complex is a monomolecular compound having an electron donating moiety and an electron accepting moiety at the same time in one molecule, and electrons can easily migrate within the molecule. The electric field activating complexes may under certain conditions migrate electrons from the electron donor moiety to the electron acceptor moiety, resulting in the separation of charges within the molecule.
전계 할성화 착물은 외부 환경에 의해 형성 되는데, 이는 다양한 용매를 이용한 용액 상태의 흡수 파장과 발광 파장을 비교해 봄으로써 쉽게 확인 할 수 있다. The electroluminescent complex to be elected is formed by the external environment, which can be easily confirmed by comparing the absorption wavelength and the emission wavelength in the solution state using various solvents.
위의 식에서 Δν는 stock shift 값으로 νabs와 νfl은 각각 최대 흡수 파장과 최대 발광 파장의 파수 (wavenumber)이다. 또한 h는 플랭크 상수 (Plank? constant)이고, c는 빛의 속도(velocity of light)이며, a는 onsager cavity radius이고, Δμ는 exicited state의 dipole moment와 ground state의 dipole moment의 차이 (Δμ = μe-μg)를 나타낸다. In the above equation, Δν is the stock shift value, and νabs and νfl are the wavenumber of the maximum absorption wavelength and the maximum emission wavelength, respectively. H is the Plank? Constant, c is the velocity of light, a is the onsager cavity radius, and? Μ is the difference between the dipole moment of the exited state and the dipole moment of the ground state (Δμ = μ e- g ).
Δf는 용매의 방향성 편극도(orientational polarizability)를 나타내는 값으로 아래의 식과 같이 용매의 유전 상수(dielectric constant, ε)와 굴절률(refractive index, n)로 표현된다.Δf is the value representing the orientational polarizability of the solvent and is expressed by the dielectric constant (ε) and the refractive index (n) of the solvent as shown in the following equation.
전계 활성화 착물의 형성 여부는 다양한 용매를 이용한 용액 상태의 흡수 파장과 발광 파장을 비교해 봄으로써 확인할 수 있다. 이는 excitation되었을 때의 분극의 정도(dipole moment의 크기)가 주변의 극성에 의해 결정되기 때문이다.The formation of the field activation complex can be confirmed by comparing the absorption wavelength and the emission wavelength in the solution state using various solvents. This is because the degree of polarization (magnitude of the dipole moment) when excited is determined by the surrounding polarity.
혼합 용매의 방향성 편극도, Δf는 각각 순수한 용매의 방향성 편극도 값들을 몰분율의 비율로 계산하여 사용할 수 있으며, 전계 활성화 착물의 형성 유무는 위의 식 (Lippert-Mataga equation)을 이용하여 Δf와 Δμ를 그렸을 때(ploting) 선형 관계가 나타나는지를 확인함으로써 판단할 수 있다.The directional polarization degree of the mixed solvent, Δf, can be calculated by calculating the ratio of the polarizability of the pure solvent to the mole fraction, respectively. The presence or absence of the electric field activating complex can be calculated using the above equation (Lippert-Mataga equation) By plotting and plotting a linear relationship.
즉, 용매의 방향성 편극도에 따라 전계 활성화 착물이 안정화가 되며 이 안정화 정도에 따라 발광 파장이 장파장으로 이동한다. 따라서, 전계 활성화 착물이 형성되면 Δf와 Δμ가 선형 그래프를 이루게 되고, 역으로 Δf와 Δμ가 선형 그래프를 이루면, 그 발광 재료는 전계 활성화 착물임을 알 수 있다.That is, the electric field activating complex is stabilized according to the directional polarization degree of the solvent, and the emission wavelength shifts to a long wavelength according to the stabilization degree. Therefore, when an electric field activating complex is formed, Δf and Δμ form a linear graph. Conversely, when Δf and Δμ form a linear graph, the light emitting material is an electric field activating complex.
본 발명의 지연 형광 화합물에서는, 25%의 단일항 상태 엑시톤과 75%의 삼중항 상태 엑시톤이 외부 환경, 예를 들어 유기발광다이오드소자 구동시 생성된 전자기장에 의해 단일항 상태와 삼중항 상태의 중간 상태로 계간 전이(intersystem crossing)를 일으키는 것으로 해석되고, 이러한 중간 상태에서 바닥 상태로 되면서 발광이 일어나기 때문에 양자 효율이 향상된다. 즉, 형광 물질에서 단일항 상태 엑시톤 뿐만 아니라 삼중항 상태 엑시톤도 발광에 참여함으로써, 발광 효율이 향상된다.In the retarded fluorescent compound of the present invention, 25% of the singlet-state excitons and 75% of the triplet-state excitons are excited by an electromagnetic field generated in the external environment, for example, an organic light-emitting diode device, And the quantum efficiency is improved because light is emitted from the intermediate state to the ground state. That is, in the fluorescent material, as well as singlet state excitons, triplet state excitons participate in luminescence, thereby improving the luminous efficiency.
이하, 상기한 본 발명의 지연 형광 화합물을 이용한 유기발광다이오드소자와 화학식5의 비교 화합물을 이용한 유기발광다이오드소자의 성능을 비교 설명한다. Hereinafter, the performance of the organic light emitting diode device using the delayed fluorescent compound of the present invention and the organic light emitting diode device using the comparative compound of Formula 5 will be described.
소자 제작Device fabrication
ITO 기판의 발광 면적이 3 mm X 3 mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 다음, 상기 기판을 진공 증착 챔버 내로 이송하였다. 베이스 압력이 약 10-6 ~ 10-7 Torr가 되도록 한 후 양극인 ITO 위에, i) 정공주입층 40Å(NPB(N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine)), ii) 정공수송층 10Å (mCP(N,N'-Dicarbazolyl-3,5-benzene)), iii) 발광물질층 200Å (호스트(bis{2-[di(phenyl)phosphino]phenyl}ether oxide/도펀트 (12%)), iv) 전자수송층 300Å (1,3,5-tri(phenyl-2-benzimidazole)-benzene), v) 전자주입층 10Å (LiF), vi) 음극 (Al)을 순차 적층하였다. The ITO substrate was patterned to have a light emitting area of 3 mm x 3 mm and then cleaned. Next, the substrate was transferred into a vacuum deposition chamber. And the base pressure was about 10 -6 to 10 -7 Torr. Then, on the anode ITO, i) a hole injecting layer of 40 Å (NPB (N, N'-di (naphthalen- benzidine), ii) mCP (N, N'-Dicarbazolyl-3,5-benzene), iii) luminescent material layer 200 Å (bis {2- {di (phenyl) ether oxide / dopant (12%), iv) phenyl-2-benzimidazole-benzene, v) electron injecting layer 10 Å (LiF) Respectively.
(1) 실험예1 (Ex1)(1) Experimental Example 1 (Ex1)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물1을 이용하였다.In the above-mentioned device,
(2) 실험예2 (Ex2)(2) Experimental Example 2 (Ex2)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물2를 이용하였다.In the above-described device,
(3) 실험예3 (Ex3)(3) Experimental Example 3 (Ex3)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물5를 이용하였다.In the above-mentioned device, Compound 5 was used as a dopant of the light emitting material layer.
(4) 실험예4 (Ex4)(4) Experimental Example 4 (Ex4)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물6을 이용하였다.In the above-mentioned device, Compound 6 was used as a dopant of the light emitting material layer.
(5) 실험예5 (Ex5)(5) Experimental Example 5 (Ex5)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물9를 이용하였다. In the above-described device, Compound 9 was used as a dopant of the light emitting material layer.
(6) 실험예6 (Ex6)(6) Experimental Example 6 (Ex6)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물10을 이용하였다. In the above-described device, Compound 10 was used as a dopant of the light emitting material layer.
(7) 실험예7 (Ex7)(7) Experimental Example 7 (Ex7)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물13을 이용하였다. In the above-described device, the compound 13 was used as a dopant of the light emitting material layer.
(8) 실험예8 (Ex8)(8) Experimental Example 8 (Ex8)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 화합물14를 이용하였다.In the above-described device, Compound 14 was used as a dopant of the light emitting material layer.
(9) 비교예 (Ref)(9) Comparative Example (Ref)
전술한 소자에서, 발광물질층의 도펀트로 상기 화학식5의 화합물(Ref)을 이용하였다.In the above-mentioned device, the compound (Ref) of the above formula (5) was used as a dopant of the light emitting material layer.
표4에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 지연 형광 화합물을 이용하는 소자에서, 색감(또는 색순도)과 발광 효율이 향상되었다. 즉, 카바졸을 전자주개 모이어티로 포함하는 화합물에서도 전자받개 모이어티에 따라 그 특성이 크게 변화하고, 본 발명에서와 같이 강한 전자 수용 특성을 갖는 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린(benzo[4,5]thieno[2,3-b]quinoxaline)를 포함하는 경우 색감이 향상되며 특히 삼중항 엑시톤이 발광에 참여함으로써 발광효율이 크게 향상된다.As shown in Table 4, in the device using the retarding fluorescent compound of the present invention, color (or color purity) and luminous efficiency were improved. That is, even in the compound containing carbazole as an electron donor moiety, its characteristics are greatly changed according to the electron acceptor moiety, and benzo [4,5] thieno [2,3- benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline, the color tone is improved, and the luminous efficiency is greatly improved by the participation of triplet excitons.
상기한 지연 형광 화합물을 포함하여 이루어지는 유기발광다이오드소자에 대한 일 실시예를 도 19에 도시하였다.An embodiment of the organic light emitting diode device including the above retarded fluorescent compound is shown in FIG.
도시한 바와 같이, 유기발광다이오드소자는 기판(미도시) 상에 위치하는 발광다이오드(E)를 포함한다.As shown, the organic light emitting diode device includes a light emitting diode (E) located on a substrate (not shown).
상기 발광다이오드(E)는 양극 역할을 하는 제 1 전극(110), 음극 역할을 하는 제 2 전극(130) 및 상기 제 1 및 제 2 전극(110, 130) 사이에 형성되는 유기발광층(120)으로 이루어진다. The light emitting diode E includes a
한편, 도시하지 않았으나, 무기층과 유기층을 포함하고 상기 발광다이오드(E)를 덮는 인캡슐레이션 필름과, 상기 인캡슐레이션 필름 상의 커버 윈도우를 포함하여 표시장치를 이룰 수 있다. 이때, 상기 기판과 상기 커버 윈도우가 플렉서블 특성을 가져, 플렉서블 표시장치를 이룰 수 있다.Although not shown, a display device including an encapsulation film including an inorganic layer and an organic layer and covering the light emitting diode E and a cover window on the encapsulation film may be formed. At this time, the substrate and the cover window have flexible characteristics, and a flexible display device can be achieved.
상기 제 1 전극(110)은 일함수 값이 비교적 높은 물질, 예를 들어, 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어지며, 상기 제 2 전극(130)은 일함수 값이 비교적 낮은 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어진다. 또한, 상기 유기발광층(120)은 적색, 녹색, 청색의 유기발광패턴으로 이루어진다.The
상기 유기발광층(120)은 단일층 구조를 갖거나, 발광효율의 향상을 위해, 상기 유기발광층(120)은 다중층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(110)으로부터 순차적으로 정공주입층(hole injection layer; HIL) (121), 정공수송층(hole transporting layer; HTL) (122), 발광물질층(emitting material layer; EML) (123), 전자수송층(electron transporting layer, ETL)(124) 및 전자주입층(electron injection layer, EIL)(125)으로 이루어질 수 있다. The organic
여기서, 상기 정공주입층(121), 정공수송층(122), 발광물질층(123), 전자수송층(124) 및 전자주입층(125) 중 적어도 하나는 상기 화학식1로 표시되는 지연 형광 화합물을 포함하여 이루어질 수 있다. At least one of the
예를 들어, 상기 발광물질층(123)이 상기 화학식1로 표시되는 지연 형광 화합물을 포함할 수 있다. 상기 발광물질층(123)은 본 발명의 지연 형광 화합물을 도펀트 물질로 포함하고, 호스트에 대하여 약 1~30wt%로 도핑될 수 있으며, 청색을 발광하게 된다.For example, the light emitting
상기 호스트의 최고준위 점유 분자궤도 레벨(HOMOHost)과 상기 도펀트의 최고준위 점유 분자궤도 레벨(HOMODopant) 차이(|HOMOHost-HOMODopant|) 또는 상기 호스트의 최저준위 비점유 분자궤도 레벨(LUMOHost)과 상기 도펀트의 최저준위 비점유 분자궤도 레벨(LUMODopant) 차이(|LUMOHost-LUMODopant|)는 0.5eV이하가 되도록 한다. 이에 따라, 호스트에서 도펀트로의 전하이동(charge transfer) 효율이 향상된다.The difference between the highest level occupied molecular orbital level (HOMO Host ) of the host and the highest level occupied molecular orbital level (HOMO Dopant ) of the dopant (| HOMO Host- HOMO Dopant |) or the lowest level non occupied molecular orbital level Host) and the lowest unoccupied molecular orbital level level (LUMO dopant) difference (the dopant | LUMO Host dopant -LUMO |) must be greater than 0.5eV. This improves the charge transfer efficiency from the host to the dopant.
예를 들어, 이와 같은 조건을 만족시키는 호스트로서, 하기 화학식6 중 어느 하나가 이용될 수 있다. (각각 Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide (DPEPO), 2,8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzothiophene (PPT), 2,8-di(9H-carbazol-9-yl)dibenzothiophene (DCzDBT), m-bis(carbazol-9-yl)biphenyl (m-CBP), Diphenyl-4-triphenylsilylphenyl-phosphine oxide (TPSO1), 9-(9-phenyl-9H-carbazol-6-yl)-9H-carbazole (CCP))For example, as a host satisfying such a condition, any one of the following formulas (6) can be used. (DPEPO), 2,8-bis (diphenylphosphoryl) dibenzothiophene (PPT), 2,8-di (9H-carbazol-9-yl) dibenzothiophene (DCzDBT), m 9- (9-phenyl-9H-carbazol-6-yl) -9H-carbazole (CCP) )
[화학식6][Chemical Formula 6]
이때, 상기 도펀트의 삼중항 에너지가 상기 호스트의 삼중항 에너지보다 작고, 도펀트의 단일항 에너지와 도펀트의 삼중항 에너지의 차이(ΔEST)는 0.3eV이하인 것을 특징으로 한다. ΔEST가 작을수록 발광효율이 증가하며, 본 발명의 지연 형광 화합물에서는, 도펀트의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차이(ΔEST)가 비교적 큰 약 0.3eV가 되더라도 전계에 의해 단일항 상태(S1) 여기자와 삼중항 상태(T1) 여기자가 중간 상태(I1)로 전이 될 수 있다. (ΔEST≤0.3)At this time, the triplet energy of the dopant is smaller than the triplet energy of the host, the difference (ΔE ST) of the singlet energy of the triplet energy of the dopant and the dopant is characterized in that not more than 0.3eV. The smaller the ΔE ST increase the luminous efficiency, and the delayed fluorescent compound of the invention, the energy difference between the singlet and triplet energy of the dopant (ΔE ST) is about 0.3eV, even if a relatively large singlet state by an electric field (S 1 ) the exciton and triplet state (T 1 ) excitons can transition to the intermediate state (I 1 ). (ΔE ST ≤0.3)
한편, 상기 발광물질층(123)은 본 발명의 지연 형광 화합물을 호스트 물질로 포함하고, 호스트 물질에 대하여 약 1~30wt%로 도핑되는 도펀트를 포함할 수 있으며, 청색을 발광하게 된다. 우수한 특성의 청색 호스트의 개발이 충분하지 않기 때문에, 본 발명의 지연 형광 화합물을 호스트 물질로 이용함으로써 호스트 선택의 자유도를 높일 수 있다.Meanwhile, the light emitting
이때, 상기 도펀트의 삼중항 에너지가 본 발명의 지연 형광 화합물인 상기 호스트의 삼중항 에너지보다 작다.At this time, the triplet energy of the dopant is smaller than the triplet energy of the host, which is the retarded fluorescent compound of the present invention.
또한, 상기 발광물질층(123)은 본 발명의 지연 형광 화합물을 제 1 도펀트 물질로 포함하고 호스트 물질 및 제 2 도펀트 물질을 더 포함하며, 도핑된 상기 제 1 및 제 2 도펀트 물질의 합은 상기 호스트 물질에 대하여 약 1~30wt%로 도핑되어, 청색을 발광하게 된다. 상기 발광물질층(123)이 호스트 물질과 제 1 및 제 2 도펀트 물질을 포함함으로써, 발광 효율 및 색감이 더욱 향상된다.In addition, the light emitting
이때, 본 발명의 지연 형광 화합물인 제 1 도펀트의 삼중항 에너지는 상기 호스트의 삼중항 에너지보다 작고 제 2 도펀트의 삼중항 에너지보다 큰 것을 특징으로 한다. 또한, 이때, 제 1 도펀트의 단일항 에너지와 제 1 도펀트의 삼중항 에너지의 차이(ΔEST)는 0.3eV이하인 것을 특징으로 한다. ΔEST가 작을수록 발광효율이 증가하며, 본 발명의 지연 형광 화합물인 제 1 도펀트의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차이(ΔEST)가 비교적 큰 약 0.3eV가 되더라도 전계에 의해 단일항 상태(S1) 여기자와 삼중항 상태(T1) 여기자가 중간 상태(I1)로 전이 될 수 있다. (ΔEST≤0.3)In this case, the triplet energy of the first dopant, which is a retarding fluorescent compound of the present invention, is smaller than the triplet energy of the host and is larger than the triplet energy of the second dopant. At this time, the difference in energy singlet and triplet energy of the first dopant of the first dopant (ΔE ST) is characterized in that not more than 0.3eV. The smaller the ΔE ST increase the luminous efficiency, and delayed fluorescent compound, which is a difference of energy singlet and triplet energy of the first dopant (ΔE ST) a singlet by an electric field even if a relatively large about 0.3eV of the invention the state ( S 1 ) excitons and triplet state (T 1 ) excitons can transition to the intermediate state (I 1 ). (ΔE ST ≤0.3)
전술한 바와 같이, 본 발명의 지연 형광 화합물은, 전자주개(electron donor) 모이어티와 전자받개(electron acceptor) 모이어티를 모두 포함하고 강한 전자 수용 특성을 갖는 벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린이 전자받개 모이어티로 이용됨으로써, 발광효율이 향상된다. As described above, the retarded fluorescent compound of the present invention is a compound having both electron donor moiety and electron acceptor moiety and having benzo [4,5] thieno [2 , 3-b] quinoxaline is used as an electron acceptor moiety, the luminous efficiency is improved.
즉, 전자주개 모이어티에서 전자받개 모이어티로 쌍극자(dipole)가 형성되어 분자 내부의 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 증가됨으로써, 발광효율이 향상되며, 특히 삼중항 엑시톤이 발광에 이용되기 때문에 발광 효율이 크게 향상된다.That is, since a dipole is formed from the electron donor moiety to the electron acceptor moiety to increase the dipole moment inside the molecule, the luminous efficiency is improved. In particular, since the triplet exciton is used for light emission, .
또한, 전자받개 모이어티와 전자받개 모이어티 사이의 이면각이 증가하여 딥블루 빛이 발광된다.Further, the back angle between the electron acceptor moiety and the electron acceptor moiety is increased, so that deep-beam light is emitted.
따라서, 본 발명의 지연 형광 화합물을 포함하는 유기발광다이오드소자는 발광 효율이 향상되고 고품질의 영상을 구현할 수 있다.Therefore, the organic light emitting diode device including the retarded fluorescent compound of the present invention can improve the luminous efficiency and realize a high quality image.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that
110: 제 1 전극
120: 유기발광층
121: 정공주입층
122: 정공수송층
123: 발광물질층
124: 전자수송층
125: 전자주입층
130: 제 2 전극
E: 유기발광다이오드110: first electrode 120: organic light emitting layer
121: Hole injection layer 122: Hole transport layer
123: luminescent material layer 124: electron transport layer
125: electron injection layer 130: second electrode
E: organic light emitting diode
Claims (13)
Benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline electron acceptor moiety is attached to an electron donor moiety selected from carbazole, phenylcarbazole, acridine or phenylacridine Delayed fluorescent compound having molecular formula of structure.
[화학식1]
[화학식2]
(상기 화학식2에서, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬에서 선택된다.)
Wherein each of D1 and D2 is selected from the following formula (2), m and n are integers from 0 to 2, and either m or n is 0.
[Chemical Formula 1]
(2)
(In the above formula (2), each of R 1 and R 2 is independently selected from C 1 to C 10 alkyl.)
상기 지연 형광 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나인 지연 형광 화합물.
3. The method of claim 2,
Wherein the delayed fluorescent compound is any one of the following compounds.
상기 지연 형광 화합물의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차이는 0.3eV 이하인 지연 형광 화합물.
3. The method of claim 2,
Wherein the difference between the singlet energy and the triplet energy of the retarding fluorescent compound is 0.3 eV or less.
상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극과;
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층을 포함하고,
상기 유기 발광층은,
벤조[4,5]티에노[2,3-b]퀴녹살린 전자받개 모이어티의 벤젠링에 카바졸, 페닐카바졸, 아크리딘 또는 페닐아크리딘에서 선택되는 전자주개 모이어티가 결합되는 구조의 분자식을 갖는 지연 형광 화합물을 포함하는 유기발광다이오드소자.
A first electrode;
A second electrode facing the first electrode;
And an organic light emitting layer disposed between the first and second electrodes,
The organic light-
Benzo [4,5] thieno [2,3-b] quinoxaline electron acceptor moiety is attached to an electron donor moiety selected from carbazole, phenylcarbazole, acridine or phenylacridine Wherein the organic light emitting diode device comprises a retardation fluorescent compound having a molecular formula of the structure.
상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극과;
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층을 포함하고,
상기 유기 발광층은,
하기 화학식1로 표시되며, D1, D2 각각은 하기 화학식2에서 선택되고, m 및 n은 0 내지 2의 정수이며, m 또는 n 중 어느 하나는 0인 지연 형광 화합물을 포함하는 유기발광다이오드소자.
[화학식1]
[화학식2]
(상기 화학식2에서, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬에서 선택된다.)
A first electrode;
A second electrode facing the first electrode;
And an organic light emitting layer disposed between the first and second electrodes,
The organic light-
Wherein each of D1 and D2 is selected from the following formula (2), m and n are integers from 0 to 2, and either m or n is 0.
[Chemical Formula 1]
(2)
(In the above formula (2), each of R 1 and R 2 is independently selected from C 1 to C 10 alkyl.)
상기 지연 형광 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나인 유기발광다이오드소자.
The method according to claim 6,
Wherein the retarding fluorescent compound is any one of the following compounds.
상기 지연 형광 화합물의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차이는 0.3eV 이하인 유기발광다이오드소자.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein the difference between the singlet energy and the triplet energy of the retarding fluorescent compound is 0.3 eV or less.
상기 지연 형광 화합물은 도펀트로 이용되고, 상기 유기 발광층은 호스트를 더 포함하는 유기발광다이오드소자.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein the retarded fluorescent compound is used as a dopant, and the organic light emitting layer further comprises a host.
상기 호스트의 최고준위 점유 분자궤도 레벨(HOMOHost)과 상기 도펀트의 최고준위 점유 분자궤도 레벨(HOMODopant) 차이(|HOMOHost-HOMODopant|) 또는 상기 호스트의 최저준위 비점유 분자궤도 레벨(LUMOHost)과 상기 도펀트의 최저준위 비점유 분자궤도 레벨(LUMODopant) 차이(|LUMOHost-LUMODopant|)는 0.5eV이하인 유기발광다이오드소자.
10. The method of claim 9,
The difference between the highest level occupied molecular orbital level (HOMO Host ) of the host and the highest level occupied molecular orbital level (HOMO Dopant ) of the dopant (| HOMO Host- HOMO Dopant |) or the lowest level non occupied molecular orbital level Host) and the lowest unoccupied molecular orbital level level (LUMO dopant) a difference between the dopant (| LUMO Host dopant -LUMO |) is not more than 0.5eV organic light emitting diode device.
상기 지연 형광 화합물은 호스트로 이용되고, 상기 유기 발광층은 도펀트를 더 포함하는 유기발광다이오드소자.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein the retarded fluorescent compound is used as a host, and the organic light emitting layer further comprises a dopant.
상기 지연 형광 화합물은 제 1 도펀트로 이용되고, 상기 유기 발광층은 호스트 및 제 2 도펀트를 더 포함하며,
상기 제 1 도펀트의 제 1 삼중항 에너지는 상기 호스트의 제 2 삼중항 에너지보다 작고 상기 제 2 도펀트의 제 3 삼중항 에너지보다 큰 유기발광다이오드소자.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein the retarded fluorescent compound is used as a first dopant, the organic light emitting layer further comprises a host and a second dopant,
Wherein the first triplet energy of the first dopant is less than the second triplet energy of the host and greater than the third triplet energy of the second dopant.
상기 기판 상에 위치하는 제 5 항 또는 제 6 항의 유기발광다이오드소자와;
상기 유기발광다이오드소자를 덮는 인캡슐레이션 필름과;
상기 인캡슐레이션 필름 상의 커버 윈도우를 포함하는 표시장치.Claims [1]
The organic light emitting diode device of claim 5 or 6, which is located on the substrate;
An encapsulation film covering the organic light emitting diode device;
And a cover window on the encapsulation film.
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