KR20170028268A - 유기 전계발광 재료 및 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화합물의 분자가 0.67 초과의 배향 인자를 갖는, 이미터로서 사용하기 위한 유기금속 착물, 및 이것을 포함하는 유기 발광 다이오드와 같은 소자에 관한 것이다.

Description

유기 전계발광 재료 및 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT MATERIALS AND DEVICES}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C.§119(e)(1)하에 2016년 5월 2일에 출원된 미국 가출원 제62/330,412호, 2016년 4월 14일에 출원된 미국 가출원 제62/332,510호, 2016년 2월 5일에 출원된 미국 가출원 제62/291,960호, 2015년 9월 24일에 출원된 미국 가출원 제62/232,194호, 2015년 9월 3일에 출원된 미국 가출원 제62/213,757호에 대해 우선권을 주장하며, 이들 문헌의 내용은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
합동 연구 협약 당사자
당해 발명은 산학 합동 연구 협약에 따라 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 미시간, 프린스턴 유니버시티, 유니버시티 오브 서던 캘리포니아 및 더 유니버셜 디스플레이 코포레이션 당사자 중 하나 이상에 의하여, 이를 대신하여 및/또는 이와 관련하여 완성되었다. 본 협약은 당해 발명이 완성된 일자에 그리고 그 일자 이전에 발효되었으며, 당해 발명은 협약서의 범주내에서 수행된 활동의 결과로서 완성되었다.
본 발명의 분야
본 발명은 이미터로서 사용하기 위한 화합물 및 이것을 포함하는 유기 발광 다이오드와 같은 소자에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 소자는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 소자를 제조하는데 사용되는 다수의 물질은 비교적 저렴하여 유기 광전자 소자는 무기 소자에 비하여 경제적 잇점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 성질, 예컨대 이의 가요성은 가요성 기판상에서의 제조와 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 될 수 있다. 유기 광전자 소자의 예로는 유기 발광 소자(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능면에서의 잇점을 가질 수 있다. 예를 들면, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 소자에 전압을 인가시 광을 방출하는 유기 박막을 사용하게 한다. OLED는 평판 패널 디스플레이, 조명 및 역광 조명과 같은 적용예에 사용하기 위한 점차로 중요해지는 기술이다. 여러가지의 OLED 물질 및 구조는 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로서 지칭하는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 대안으로, OLED는 백색 광을 방출하도록 설계될 수 있다. 통상적인 액정 디스플레이에서, 백색 백라이트에서 나온 발광이 흡수 필터를 사용하여 여과되어 적색, 녹색 및 청색 발광을 생성한다. 동일한 기법이 OLED에도 사용될 수 있다. 백색 OLED는 단일 EML 소자 또는 스택 구조일 수 있다. 색상은 당업계에 공지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
녹색 발광 분자의 일례로는 하기 화학식을 갖는 Ir(ppy)3으로 나타낸 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이다:
Figure pat00001
본원에서의 이와 같은 화학식 및 하기의 화학식에서, 본 출원인은 질소로부터 금속(여기에서는 Ir)으로의 배위 결합을 직선으로 도시한다.
본원에서, 용어 "유기"라는 것은 유기 광전자 소자를 제조하는데 사용될 수 있는 중합체 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질을 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬 기를 사용하는 것은 "소분자" 부류로부터 분자를 제거하지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄상에서의 측쇄기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 부분상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 부분으로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 부분은 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 통상적으로 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 밝혀졌다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층"의 상부에 배치되는" 것으로 기재될 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재할 수 있을지라도, 캐소드는 애노드"의 상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있거나 및/또는 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 발광 물질의 광활성 성질에 직접적으로 기여하는 것으로 밝혀질 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 성질을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 발광 물질의 광활성 성질에 기여하지 않는 것으로 밝혀질 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1의 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 근접할 경우, 제1의 에너지 준위는 제2의 HOMO 또는 LUMO보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절대값을 갖는 IP에 해당한다(IP는 음의 값이 더 작다). 유사하게, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절대값이 더 작은 전자 친화도(EA)에 해당한다(EA의 음의 값이 더 작다). 상부에서의 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상부에 더 근접한다는 것을 나타낸다.
본원에서 사용한 바와 같이 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1의 일 함수의 절대값이 더 클 경우, 제1의 일 함수는 제2의 일 함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일 함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일 함수의 음의 값이 더 크다는 것을 의미한다. 상부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일 함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 도시된다. 그래서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일 함수와는 상이한 조약을 따른다.
OLED에 대한 세부사항 및 전술한 정의는 미국 특허 제7,279,704호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌의 개시내용은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
한 실시양태에 따르면, 하기 화학식을 갖고 그 분자가 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 갖는 화합물이 제공된다:
M(LA)h(LB)y(LC)z
상기 화학식에서,
리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
;
각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌(multidentate) 리간드를 형성하고;
M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
h는 1 또는 2이고;
y는 0, 1, 또는 2이며;
z는 0, 1, 또는 2이고;
h+y+z는 금속 M의 산화 상태이다.
다른 실시양태에 따르면, 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 갖는 화합물이 개시된다:
Figure pat00005
상기 화학식들에서,
m은 1 또는 2이고;
R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택된다.
다른 실시양태에 따르면, 유기 발광 다이오드/소자(OLED)도 또한 개시된다. OLED는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함할 수 있다. 유기층은 하기 화학식으로 이루어지는 군에서 선택되는 화학식을 갖는 화합물을 포함할 수 있다:
M(LA)h(LB)y(LC)z,
Figure pat00006
상기 화학식에서,
m은 1 또는 2이고;
리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
;
각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성하고;
M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
h는 1 또는 2이고;
y는 0, 1, 또는 2이며;
z는 0, 1, 또는 2이고;
x+y+z는 금속 M의 산화 상태이며;
상기 화합물의 분자는 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 갖고;
R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
또 다른 실시양태에 따르면, 하기 화학식으로 이루어지는 군에서 선택되는 화학식을 갖는 화합물을 함유하는 제제가 개시된다:
M(LA)h(LB)y(LC)z,
Figure pat00010
Figure pat00011
상기 화학식에서,
m은 1 또는 2이고;
리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
;
각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성하고;
M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
h는 1 또는 2이고;
y는 0, 1, 또는 2이며;
z는 0, 1, 또는 2이고;
x+y+z는 금속 M의 산화 상태이며;
M(LA)h(LB)y(LC)z의 분자는 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 갖고;
R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
도 1은 유기 발광 소자를 도시한 것이다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역전된 유기 발광 소자를 도시한 것이다.
도 3은 표 1에 정의된 소자 구조를 갖는 소자 실시예 2의 에미터에 대하여 0∼60°의 각도에서 편광자를 통해 측정한 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 4는 SETFOS-4.1에 의해 생성된 상응하는 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 5는 0°수치로 정규화된 적분 방사휘도의 실험적 각도 의존성을 나타낸 것이다. 40°각도에서의 적분 p/s 방사휘도 비는 1.67이다.
도 6은 쌍극자 배향 보정(calibration) 대 SETFOS-4.1 프로그램에 의해 시뮬레이션된 p/s 방출 비를 나타낸 것이다. 이 특정 실시예에 대하여, 40°각도에서의 적분 p/s 방사휘도비는 0.15의 쌍극자 배향(DO)에 상응하는 1.67이다.
도 7은 상이한 DO에 대한 방사휘도-p 프로파일 때 관찰 각도를 나타낸 것이다.
도 8은 상이한 DO에 대한 방사휘도-s 프로파일 때 관찰 각도를 나타낸 것이다.
도 9는 이미터 배향 인자와 소자에서의 최대 추산 EQE의 상관관계를 나타낸 것이다.
도 10은 일부 이미터들에 대하여 PLQY와 이미터 농도의 상관관계를 나타낸 것이다. 이미터의 입체 부피(steric bulk)는 높은 도핑 %에서의 자가 켄칭을 방지한다.
일반적으로, OLED는 애노드 및 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 1종 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 정공을 유기층(들)에 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 엑시톤이 광발광 메카니즘에 의하여 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메카니즘, 예컨대 열 이완도 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제 4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 발광 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 기간으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 예시되어 있다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998 ("Baldo-I")] 및 [Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]을 참조하며, 이들 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 인광은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 소자(100)를 도시한다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 소자(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 차단층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1의 전도층(162) 및 제2의 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 소자(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제조될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시의 물질의 성질 및 기능은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 각각의 층에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성 및 투명한 기판-애노드 조합은 미국 특허 제 5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 발광 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson et al.)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국 특허 제 6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 보호층의 설명은 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
도 2는 역전된 OLED(200)를 도시한다. 소자는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 소자(200)는 기재된 순서로 층을 적층시켜 제조될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구조는 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있고 소자(200)가 애노드(230)의 아래에 캐소드(215)가 배치되어 있으므로, 소자(200)는 "역전된" OLED로 지칭될 수 있다. 소자(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 소자(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 소자(100)의 구조로부터 일부 층이 얼마나 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공하며, 본 발명의 실시양태는 다양한 기타의 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 기타의 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 작용성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략할 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 이들 구체적으로 기재된 층을 제외한 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로서 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질, 예컨대 호스트 및 도펀트의 혼합물 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 층은 다수의 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 소자(200)에서 정공 수송층(225)은 정공을 수송하며, 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 하나의 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일층을 포함할 수 있거나 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제 5,247,190호(Friend et al.)에 기재된 바와 같은 중합체 물질(PLED)을 포함하는 OLED를 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국 특허 제 5,707,745호(Forrest et al.)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국 특허 제 6,091,195호(Forrest et al.)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제 5,834,893호(Bulovic et al.)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적절한 방법에 의하여 적층될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제 6,337,102호(Forrest et al.)(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기상 증착(OVPD), 미국 특허 출원 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적절한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및, 잉크-제트 및 OVJD와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴 기와 같은 치환기는 이의 용액 가공의 처리 능력을 향상시키기 위하여 소분자에 사용될 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 것보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있는데, 비대칭 물질은 재결정화되는 경향이 낮을 수 있기 때문이다. 덴드리머 치환기는 용액 가공을 처리하는 소분자의 능력을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시양태에 의하여 제조된 소자는 차단층을 추가로 임의로 포함할 수 있다. 차단층의 하나의 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 한다. 차단층은 기판의 위에서, 기판의 아래에서 또는 기판의 옆에서, 전극 또는, 엣지를 포함하는 소자의 임의의 기타 부분의 위에서 증착될 수 있다. 차단층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 차단층은 각종 공지의 화학적 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성물뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 임의의 적절한 물질 또는 물질의 조합을 차단층에 사용할 수 있다. 차단층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘다를 혼입할 수 있다. 바람직한 차단층은 미국 특허 제7,968,146호, PCT 특허 출원 번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 바와 같은 중합체 물질 및 비-중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌의 개시내용은 본원에 그 전문이 참고로 포함된다. "혼합물"을 고려하면, 차단층을 포함하는 전술한 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 반응 조건하에서 및/또는 동일한 시간에서 증착되어야만 한다. 중합체 대 비-중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위내일 수 있다.　중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 및 비-중합체 물질의 혼합물은 본질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
본 발명의 실시양태에 따라 제조되는 소자는 다양한 전자 제품 또는 중간 부품에 도입될 수 있는 광범위한 다양한 전자 부품 모듈 (또는 유닛)에 도입될 수 있다. 이러한 전자 제품 또는 중간 부품의 예는 최종 사용자 제품 제조자에 의해 이용될 수 있는 디스플레이 스크린, 조명 소자 예컨대 개개 광원 소자 또는 조명 패널, 등을 포함한다. 이러한 전자 부품 모듈은 경우에 따라 구동 전자장치 및/또는 전원(들)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라 제조되는 소자는 전자 부품 모듈 (또는 유닛) 중 하나 이상이 도입되는 광범위의 다양한 소비재(consumer product)에 도입될 수 있다. 이러한 소비재는 하나 이상의 광원(들) 및/또는 몇몇 타입의 영상 디스플레이 중 하나 이상을 포함하는 임의 종류의 제품을 포함한다. 이러한 소비재의 일부 예는 평판 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 옥외 조명 및/또는 시그널링을 위한 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 파블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 소자, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로-디스플레이, 3-D 디스플레이, 비히클, 대형벽, 극장 또는 스타디움 스크린, 또는 간판을 포함한다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 제어 메카니즘을 사용하여 본 발명에 따라 제조되는 소자를 제어할 수 있다. 다수의 소자는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하도록 의도되지만, 이러한 온도 범위를 벗어나서, 예를 들면 -40℃ 내지 +80℃에서 사용될 수 있다.
본원에 기재된 재료 및 구조는 OLED 이외의 소자에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 기타의 광전자 소자, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기가 이러한 재료 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 소자, 예컨대 유기 트랜지스터가 이러한 재료 및 구조를 사용할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "알킬"은 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼을 모두 의미한다. 바람직한 알킬기는 1∼15 개의 탄소 원자를 함유하는 것으로서, 메틸, 에틸, 프로필, 1-메틸에틸, 부틸, 1-메틸프로필, 2-메틸프로필, 펜틸, 1-메틸부틸, 2-메틸부틸, 3-메틸부틸, 1,1-디메틸프로필, 1,2-디메틸프로필, 2,2-디메틸프로필 등을 포함한다. 추가로, 알킬기는 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "시클로알킬"은 환형 알킬 라디칼을 의미한다. 바람직한 시클로알킬기는 3∼10 개의 탄소 원자를 함유하는 것으로서, 시클로프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실, 아다만틸 등을 포함한다. 추가로, 시클로알킬기는 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "알케닐"은 직쇄 및 분지쇄 알켄 라디칼을 모두 의미한다. 바람직한 알케닐기는 2∼15 개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 추가로, 알케닐기는 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "알키닐"은 직쇄 및 분지쇄 알킨 라디칼을 모두 의미한다. 바람직한 알키닐기는 2∼15 개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 추가로, 알키닐기는 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "아랄킬" 또는 "아릴알킬"은 치환기로서 방향족 기를 갖는 알킬기를 고려한다. 또한, 아랄킬기는 임의로 치환될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "헤테로시클릭 기"는 방향족 및 비방향족 환형 라디칼이 고려된다. 헤테로-방향족 환형 라디칼은 또한 헤테로아릴을 의미한다. 바람직한 헤테로-비방향족 환형 기는 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 3∼7개의 고리 원자를 함유하는 기이며, 환형 아민, 예컨대 모르폴리노, 피페리디노, 피롤리디노 등, 및 환형 에테르, 예컨대 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란 등을 포함한다. 부가적으로, 헤테로시클릭 기는 경우에 따라 치환될 수 있다.
본원에서 사용될 때 "아릴" 또는 "방향족 기"는 단일 고리 기 및 다환 고리계가 고려된다. 다환 고리는 2개의 탄소가 두 인접 고리에 공통인 2개 이상의 고리("축합" 고리)를 가질 수 있으며, 고리들 중 하나 이상은 예컨대 방향족이고, 다른 고리들은 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴, 헤테로사이클 및/또는 헤테로아릴일 수 있다. 바람직한 아릴 기는 6∼30 개의 탄소 원자, 바람직하게는 6∼20 개의 탄소 원자, 더 바람직하게는 6∼12 개의 탄소 원자를 함유하는 것들이다. 6 개의 탄소, 10 개의 탄소 또는 12 개의 탄소를 갖는 아릴 기가 특히 바람직하다. 적합한 아릴 기는 페닐, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 테트라페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌 및 아줄렌, 바람직하게는 페닐, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 플루오렌 및 나프탈렌을 포함한다. 추가로, 아릴 기는 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "헤테로아릴"은 1 내지 5개의 헤테로원자를 포함할 수있는 단일-고리 헤테로-방향족 기를 포함한다. 용어 헤테로아릴은 또한 2개 이상의 고리를 가진 폴리시클릭 헤테로-방향족 시스템을 포함하며, 여기서 2개의 원자가 인접한 2개의 고리에 공통이고 (고리들이 "융합됨") 고리들 중 하나 이상이 헤테로아릴이며, 예를 들면, 나머지 고리들은 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴, 헤테로환, 및/또는 헤테로아릴일 수 있다. 바람직한 헤테로아릴기는 3 내지 30개의 탄소 원자, 바람직하게는 3 내지 20개의 탄소 원자, 더 바람직하게는 3 내지 12개의 탄소 원자를 함유하는 것들이다. 적합한 헤테로아릴기는 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카바졸, 인돌로카바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤족사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 시놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 페녹사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘, 및 셀레노페노디피리딘, 바람직하게는 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 카바졸, 인돌로카바졸, 이미다졸, 피리딘, 트리아진, 벤즈이미다졸, 및 이의 아자-유사체를 포함한다. 부가적으로, 헤테로아릴기는 경우에 따라 치환될 수 있다.
알킬, 시클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아르알킬, 헤테로시클릭 기, 아릴, 및 헤테로아릴은 수소, 듀테륨, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 시클릭 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 임의 치환될 수 있다.
본원에서 사용된 "치환된"은 H 이외의 치환기가 관련 위치, 예컨대 탄소에 결합됨을 나타낸다. 따라서, 예를 들어, R1이 단일 치환되는 경우, 하나의 R1은 H 외외의 것이어야 한다. 유사하게, R1이 이치환된 경우, R1 중 2개는 H 이외의 것이어야 한다. 유사하게, R1이 비치환된 경우, R1은 모든 가능한 위치에 대하여 수소이다.
본원에 기술된 분절, 즉 아자-디벤조푸란, 아자-디벤조티오펜 등에서 "아자" 표기는 각각의 분절에서의 C-H 기 중 하나 이상이 질소 원자로 치환될 수 있다는 것을 의미하며, 예를 들면(이에 한정되지 않음) 아자트리페닐렌은 디벤조[f,h]퀴녹살린 및 디벤조[f,h]퀴놀린 모두를 포함한다. 당업자는 상기 기술된 아자-유도체의 기타 질소 유사체를 용이하게 고려할 수 있으며, 상기 모든 유사체는 본원에 기술된 용어를 포괄하는 것으로 간주된다.
당업자라면 분자 분절이 치환기인 것으로 기술되거나 그렇지 않은 경우 또다른 모이어티에 결합될 때 이의 명칭은 분절(예, 페닐, 페닐렌, 나프틸, 디벤조푸릴)인 것처럼 또는 전체 분자(예, 벤젠, 나프탈렌, 디벤조푸란)인 것처럼 기재될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본원에 사용된 바와 같이, 이러한 치환기 또는 결합된 분절의 상이한 표기 방식은 동일한 것으로 간주된다.
단순 알킬 치환된 페닐피리딘 리간드를 갖는 이리듐 착물은 인광 OLED에서 이미터로서 널리 사용되어 왔다. 일부 실시양태에서, 본 개시는 Ir 착물 상에 벌키 기를 형성하는 특정 치환 패턴 또는 특정의 새로운 치환을 갖는 치환된 페닐피리딘 리간드를 포함하는 이리듐 착물을 개시한다. Pt 착물 리간드 상의 벌키 기는 또한 더 높은 EQE 및 더 적은 엑시머 형성을 보였다. 이들 치환은 소자 효율 및 수명을 예상밖으로 개선한다. 이들 치환은 또한 금속 착물의 전이 쌍극자 모멘트가 OLED 기판에 평행하여 이미터의 외부 양자 효율을 증대시키도록 금속 착물을 배향시킨다. 광 방출이 이미터 화합물의 전이 쌍극자에 대하여 수직이기 때문에 이미터 금속 착물의 전이 쌍극자 모멘트의 평행한 배향은 OLED로부터 추출되는 광량을 증가시킨다.
이미터 전이 쌍극자 모멘트 배향의 측정 - OLED에서 이미터의 전이 쌍극자 모멘트의 배향은 외부 양자 효율을 제한하는 중요한 인자들 중 하나로서 많은 주목을 받아왔다. 최근의 문헌에서 다수의 상이한 배향 측정 방법이 이용되고 보고되어 왔다. 보고된 방법은 광학 시뮬레이션이 후속되는 각도 광루미네센스 프로파일 측정; 일련의 ETL 두께를 갖는 소자를 이용하는 아웃커필링 렌즈를 구비/비구비한 EL 소자의 적분구 EGE 측정; 및 단색 일렉트로루미네센스 원거리장 각도 패턴 측정을 포함한다. 이들 방법 모두는 데이터 계산 및 해석을 위해 시판 광학 시뮬레이션 소프트웨어를 사용한다.
이하 개시되는 방법은 표준 재료 세트를 갖는 소자에서 사용되는 다수의 OLED의 배향 인자를 평가하기 위해 고안되었다. 통상적으로, 해당 재료는 최대 효율을 위해 최적화된 구조를 갖는 소자에 사용된다. 상기 방법은 이미터의 쌍극자 배향에 대해 측정된 방출의 감도를 증대시키기 위하여 층 두께가 변화된 변형 구조를 필요로 한다.
소자 구조 선택 - OLED 이미터의 쌍극자 배향 연구에서 중요한 요소는 상극자 배향에 대하여 가장 민감한 광학적 방출 특성을 증대시키기 위하여 샘플 소자의 구조를 맞추는 것이다. 바텀-방출 소자에서, 이것이 캐비티 효과를 생성하기 위하여 방출 스펙트럼의 최대 파장으로 조정되는 경우, 반사 캐소드로부터 이미터 위치의 거리가 지배적인 파라미터가 된다. 이러한 식으로 활성화되는 캐비티 효과는 편광 방출의 각도 측정에서 가장 잘 보일 수 있다.
상기 구조는 이미터의 전계발광을 활성화하기 위하여 잘 정해진 위치 및 경로에 이미터를 유지하는 매트릭스를 제공하여야 한다. 상기 구조는 다수의 계면을 갖는 복합 광학계를 구성하고 상이한 광학 특성을 갖는 재료를 포함할지라도, 이것은 공기 중에서 원거리장 패턴을 규정하는 주요 요소인 반사 캐소드와 방출 부위 사이의 거리를 만들도록 설계될 수 있다.
Figure pat00015
Figure pat00016
* 얇은 EML에 방출원을 가두기 위한 캐리어 차단층.
** HBL 및 EML 부분과 함께 황색 또는 녹색 방출과 공명하는 두꺼운 ETL.
*** 재조합 구역(RZ)을 좁은 영역에 한정하기 위한 얇은 100Å EML.
황색 이미터 화합물의 배향 인자를 측정하기 위해 사용될 수 있는 소자 구조의 예를 표 1에 나타낸다. 표 1에 제공된 층 두께는 황색 이미터 배향 인자 측정을 위해 설계된다. 녹색 이미터 화합물의 배향 인자를 측정하기 위해 사용될 수 있는 소자 구조의 예를 표 2에 나타낸다. 층 두께는 그 방출 파장에 따라 적색, 녹색, 또는 청색 이미터를 위해 조절될 수 있다. 일반적인 규칙은 적절한 층들의 두께를 조절함으로써 EML의 RZ, 반사 전극 및 투명 전극 사이의 거리를 조정하여 반사 전극으로부터 반사되는 빛과 RZ로부터 방출되는 빛의 보강 간섭에 의해 광 출력을 최대화하는 것이다. 거리는 소자 층 두께에 의해 조정되고, 방출 파장에 비례한다. 유기 이미터는 100Å-두께 EML에 놓인다. 유기 이미터의 방출은 보통 엄격히 단색이 아니다. 스펙트럼의 상이한 부분들이 캐소드에 의해 반사되는 빛과 상이하게 상호작용하여, 원래 스펙트럼을 변형시킨다. 그 때문에 원거리장 도구에 의해 관찰되는 스펙트럼은 이미터의 원래 PL 스펙트럼과 상이할 수 있다.
황색 및 녹색 이미터 배향 인자 측정을 위한 실시예 소자 구조에서 상이한 부품들에 대한 재료의 예는 다음과 같다:
ㆍ 애노드: ITO;
ㆍ HIL: HATCN;
ㆍ HTL:
Figure pat00017
, 또는
Figure pat00018
;
ㆍ EBL:
Figure pat00019
;
ㆍ EML은 이하의 두 호스트로 이루어진다:
Figure pat00020
, 및 이미터;
ㆍ HBL:
Figure pat00021
;
ㆍ ETL: Liq 및
Figure pat00022
으로 이루어지는 혼합 ETL;
ㆍ EIL: LiF 또는 Liq; 및
ㆍ 캐소드: Al.
이 재료 세트는 적색, 녹색, 또는 청색 이미터에 따라 조절되어야 한다. 당업자는 적색, 녹색, 또는 청색 이미터에 대해 재료 세트를 조절하는 방법을 알 것이다. 각도 스펙트럼 측정의 편의를 위해 5 mm2의 비교적 큰 소자 픽셀이 선택되었다.
시험: 표 3의 이미터 실시예 2, Comp (LA147)2Ir(LB184)에 대한 배향 인자 측정 절차를 이제 설명한다. 표 1의 소자 구조의 스펙트럼 측정은 보정된 분광광도계 모델 PR740을 이용하여 행한다. 상기 기구는 작은 천공을 갖는 셔터 상에 투영되는 도트 이미지를 이용하므로, 한 각도에서 객체를 관찰할 때 작은 시차가 예상된다. 이것은 간단한 기하학을 이용하여 보정될 필요가 있다. 50°를 넘는 각도에서는 소자의 이면 유리 커버로부터의 빛의 반사를 관찰하는 기구의 추가의 효과가 있다. 그러한 이유에서, 50°보다 넓은 각도에서 취한 데이터는 단지 경향을 나타내기 위하여 이용되며, 계산은 오직 30∼50°각도에서 취한 데이터에 기초한다. 대부분의 샘플에 있어서 40°각도에서 분석된 효과는 신뢰가능한 데이터를 제공하기에 충분히 강하므로, 더 넓은 각도에서 얻어진 데이터를 정량할 필요가 없다.
측정된 스펙트럼 데이터와 시뮬레이션된 스펙트럼 데이터를 비교하는 것은 시뮬레이션된 데이터와 실제 방출 사이의 매칭 품질에 대한 가장 감도 높은 측정이다. 시뮬레이션 소프트웨어 방법은 광원의 광학적 특성에 기초하므로, 관찰 데이터와 시뮬레이션된 데이터 사이의 일치는, 시뮬레이션을 이용하여 계산된 쌍극자 배향 면에서의 이미터의 성능을 보정하는 것의 타당성을 확인해 준다. 30∼50°범위에서 측정된 p- 대 s-방출의 비는 배향 인자와 강한 상관관계가 있다. p 대 s 방사휘도 비를 이용하는 것은 광학계의 불완전에서 유래하는 방사휘도 측정의 절대 보정으로 인한 잠재적인 문제를 제거한다.
스펙트럼: 도 3은 s-편광자를 통해 0∼60°의 다양한 각도에서 취한 표 1에 나타낸 구조의 이미터 실시예 2에 대한 소자의 EL 스펙트럼을 나타낸 것이다. 표 4는 Fluxim에 의한 프로그램 SETFOS-4.1을 이용한 동일한 소자 구조의 시뮬레이션된 각도 의존적 s-EL 스펙트럼이다.
결과 및 해석: 주어진 스펙트럼 및 소자 구조의 각도 데이터에 대한 추산된 쌍극자 배향 수치의 의존성의 상세를 이하에 설명한다. 도 5의 그래프는 표 1에 나타낸 구조 및 도 3∼4에 나타낸 바와 같이 매칭된 스펙트럼을 갖는 샘플의 시뮬레이션 소프트웨어에 의해 생성된 데이터에 기초한 것이다. 이 특정 실시예에서, 40°각도에서의 적분 p/s 방사휘도 비는 1.67이고 상응하는 쌍극자 배향(DO)은 0.15(도 6)이다. 시뮬레이션 소프트웨어에 의해 생성된 DO 수치는 수직 대 수평 배향의 통계적 분포를 나타낸다. 수직 및 수평 배향은 기판에 대한 것이며 수직은 기판면에 직교하는 방향을 의미하고 수평은 기판면에 평행한 방향을 의미한다. 한 수직 방향 및 두 수평 방향을 갖는 경우, DO 수치 스케일은 0(평행 또는 수평) 내지 0.33(등방성)이다. 1∼0.67의 상응하는 스케일은 쌍극자 배향으로 인한 손실 후 원래의 EQE의 퍼센트를 나타낸다. Θ=1-DO로서 정의되는 이 값은 이미터 배향 인자(우리의 실시예에서 Θ=1-0.15=0.85, 또는 최대 EQE의 85%)라고 불리며 실험 데이터에서 더 이용된다. 이것은 기판에 대하여 평행하게 정렬된 이미터 쌍극자의 %를 나타낸다. 도 7 및 8의 그래프는 30∼50°각도에서의 쌍극자 배향에 대한 각도 응답이 s-방출보다 p-방출에서 더 강함을 나타낸다. 또한, 쌍극자 배향 수치가 증가함에 따라 p-방사휘도 값은 상승하는 반면에 s-방사휘도는 작아진다. 얻어지는 p/s 비는 30°관찰 각도로부터 출발하여 쌍극자 배향에 대하여 매우 높은 감도를 나타낸다. 현재의 측정에서는 40°가 s 방출과 p 방출 사이의 최대 차이 및 최고 감도를 나타내므로 40°각도가 선택된다.
재료가 바람직한 배향('배향 인자')을 갖는다는 것은 고체 상태 박막에서 이것이 비등방성 수평 대 수직 쌍극자 비를 가짐을 의미한다. 즉, 수평 대 수직 쌍극자 비가 0.67:0.33(등방성의 경우)을 초과, 예컨대 0.77:0.23이다. 이것을 다른 식으로 설명하면, 배향 인자(Θ), 수평 쌍극자 대 총 쌍극자의 비는 0.67을 초과한다.
도 9는 추산된 최대 EQE 대 배향 인자 사이에 얻어진 상관관계를 나타낸 것이다. 배향 인자가 증가함에 따라 명백한 EQE 증가가 관찰된다. 배향 인자가 1에 가까울수록 더 많은 이미터 분자가 기판에 대하여 평행하게 정렬되는데, 이것은 소자 효율 개선에 바람직하다.
PMMA에서 이미터 광루미네센스 양자 수율(PLQY) 측정 절차를 여기에 개시한다. 고체 상태 샘플에 대한 일반적인 준비 및 실험: PMMA 및 이미터(여러가지 중량%)를 계측하여 톨루엔에 용해시킨다. 용액을 2 미크론 필터를 통해 여과하고 미리 세정한 석영 기판 상에 드롭 캐스팅한다. 크세논 램프, 적분구 및 모델 C10027 광자 다채널 분석기가 장착된 Hamamatsu C9920 시스템에서 PL 양자 효율 측정을 행하였다.
Figure pat00023
이미터 배향 인자에 의해 알 수 있는 바와 같이, 이미터 배향은 2,4-디페닐피리딘 리간드의 4-페닐 고리 상의 기의 벌크성이 증가할수록 더 평행하다. 추산된 EQE는 이미터 배향과 직접적인 상관관계가 있는 것으로 보고되었다.
Figure pat00024
도 10은 이미터 농도의 함수로서 박막 중의 이미터 PLQY의 상관관계를 나타낸 것이다. 소자 CE2에서 사용되는 Comp (LA1)2Ir(LB182)와 같은 벌키하지 않은 이미터에 대하여, PLQY는 10%를 넘는 이미터 농도 증가와 더불어 현저히 떨어진다. 그러나, 더 벌키한 이미터(예컨대, 소자 실시예 2 및 실시예 9에 사용되는 이미터)의 경우, PLQY는 이미터 농도가 증가함에 따라 빠르게 감소하지 않는다. 따라서, 이미터 분자의 입체적 부피가 높은 이미터 %에서의 자가 켄칭을 방지한다.
상기 이미터 배향 및 PLQY 측정으로부터, 분자 상의 특정 방향으로 더 큰 입체 부피를 갖는 이미터는 (OLED의 기판에 대하여) 더 평행한 배향을 제공하므로 소자에서 더 높은 EQE를 나타낸다는 결론이 나온다. 이들 이미터 실시예들을 이하에 도시하고 표 3 및 4에 열거한다.
Figure pat00025
본 개시의 일부 실시양태에 따르면, 하기 화학식을 갖는 화합물이 개시된다:
M(LA)h(LB)y(LC)z
상기 화학식에서, 리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
;
각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성하고;
M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
h는 1 또는 2이고;
y는 0, 1, 또는 2이며;
z는 0, 1, 또는 2이고;
x+y+z는 금속 M의 산화 상태이며;
M(LA)h(LB)y(LC)z의 분자는 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 가진다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, M은 Ir, Rh, Re, Ru, Os, Pt, Au, 및 Cu로 이루어지는 군에서 선택된다. 다른 실시양태에서, M은 Ir 또는 Pt이다.
일부 실시양태에서, 상기 화합물의 분자는 0.75 이상의 배향 인자 값(Θ)을 가진다. 다른 실시양태들에서, 상기 분자는 0.80 이상의 배향 인자 값을 가진다. 다른 실시양태들에서, 상기 분자는 0.85 이상의 배향 인자 값을 가진다. 다른 실시양태들에서, 상기 분자는 0.91 이상의 배향 인자 값을 가진다. 다른 실시양태들에서, 상기 분자는 0.92 이상의 배향 인자 값을 가진다. 다른 실시양태들에서, 상기 분자는 0.93 이상의 배향 인자 값을 가진다. 일부 실시양태에서, 상기 분자는 0.94 이상의 배향 인자 값을 가진다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 하나는 13개 이상의 탄소 원자를 갖는 일치환이고, Ra, Rb, Rc, 및 Rd의 나머지 모두는 6의 최대 탄소수를 가진다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 각각의 X1 내지 X13은 탄소이다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 화합물은 화학식 Ir(LA)2(LB)을 가진다.
화학식 Ir(LA)2(LB)을 갖는 화합물의 실시양태에서, LA는 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 화학식을 갖고:
Figure pat00029
;
LB는 하기 화학식을 가진다:
Figure pat00030
. 일부 다른 실시양태들에서, LB는 화학식
Figure pat00031
을 가지며; 여기서, Re, Rf, Rh, 및 Ri는 독립적으로 알킬, 시클로알킬, 아릴, 및 헤테로아릴로 이루어지는 군에서 선택되고; Re, Rf, Rh, 및 Ri 중 적어도 하나는 2개 이상의 탄소 원자를 가지며; Rg는 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
화학식 Ir(LA)2(LB)을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, LA 및 LB는 상이하고 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택된다:
Figure pat00032
Figure pat00033
.
화학식 Ir(LA)2(LB)을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, LA 및 LB는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택된다:
Figure pat00034
Figure pat00035
.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 화합물은 화학식 Pt(LA)(LB)을 갖고, 상기 화학식에서 LA 및 LB는 상이하다. 상기 화합물의 일부 실시양태에서, LA는 LB에 결합하여 4좌 리간드를 형성한다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 하기로 이루어지는 군(군 1)에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 가진다:
Figure pat00036
상기 화학식들에서, m은 1 또는 2이고; R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며; R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고; R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C6 알킬, C1 내지 C6 시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택되며; R6은 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬, 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 시클로알킬, 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬-시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택된다. 상기 화합물의 일부 실시양태에서 m은 2이다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 가진다:
Figure pat00037
상기 화학식들에서, m은 1 또는 2이다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 군 1에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 가지며, 상기 화학식에서 m은 1 또는 2이고; R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 군 1에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 가지며, 상기 화학식에서 m은 1 또는 2이고; R6은 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬, 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 시클로알킬, 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬-시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택된다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 군 1에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 가지며, 상기 화학식에서 m은 1 또는 2이고; R3, R4, 및 R5는 각각 수소이다.
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 가지며, 상기 화학식에서 m은 1 또는 2이고; LA는 하기로 이루어지는 군에서 선택된다:
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
화학식 M(LA)h(LB)y(LC)z을 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 가지며, 상기 화학식에서 m은 1 또는 2이고; LB는 이하 도시되는 LB1 내지 LB227로 이루어지는 군에서 선택된다:
Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
군 1에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m(여기서, LA는 LA1 내지 LA225 중 하나임)의 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 화학식 Ir(L Aj )2(LBk)(여기서, x = 227j + k - 227이고, j는 1∼225의 정수이며, k는 1∼227의 정수임)을 갖는 화합물 x이다.
군 1에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)Pt(LB)(여기서, LA는 LA1 내지 LA225 중 하나임)의 화합물의 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 화학식 Pt(LA j )(LB k )(여기서, y = 227j + k - 227이고, j는 1∼225의 정수이며, k는 1∼227의 정수임)을 갖는 화합물 y이다. LB1 내지 LB227은 상기 정의된 바와 같은 구조를 가진다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 갖는 화합물이 개시되며, 상기 화합물은 하기로 이루어지는 군(군 2)에서 선택되는 구조를 가진다:
Figure pat00066
상기 화학식들에서,
m은 1 또는 2이고;
R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
군 2에서 선택되는 구조를 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C6 알킬, C1 내지 C6 시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택되며; R6은 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬, 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 시클로알킬, 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬-시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택된다.
군 2에서 선택되는 구조를 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, m은 2이다.
군 2에서 선택되는 구조를 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
군 2에서 선택되는 구조를 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, R6은 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬, 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 시클로알킬, 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬-시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택된다.
군 2에서 선택되는 구조를 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, R3, R4, 및 R5는 각각 수소이다.
군 2에서 선택되는 구조를 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, LA는 상기 열거한 LA1 내지 LA225로 이루어지는 군에서 선택된다.
군 2에서 선택되는 구조를 갖는 화합물의 일부 실시양태에서, LB는 LB1 내지 LB227로 이루어지는 군에서 선택된다. LB1 내지 LB227의 구조는 상기 도시되어 있다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함하는 OLED가 개시되며, 상기 유기층은 하기 화학식으로 이루어지는 군에서 선택되는 화학식을 갖는 화합물을 포함한다:
M(LA)h(LB)y(LC)z,
Figure pat00067
Figure pat00068
상기 화학식들에서, m은 1 또는 2이고;
리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
;
각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성하고;
M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
h는 1 또는 2이고;
y는 0, 1, 또는 2이며;
z는 0, 1, 또는 2이고;
x+y+z는 금속 M의 산화 상태이며;
M(LA)h(LB)y(LC)z의 분자는 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 갖고;
R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
일부 실시양태에서, OLED는 소비재, 전자 부품 모듈, 및 조명 패널로 이루어진 군에서 선택되는 소자 내에 도입된다.
OLED의 일부 실시양태에서, 유기층은 발광층이고 화합물은 발광 도펀트 또는 비발광 도펀트일 수 있다.
도 1에 도시된 소자 구조와 관련하여 논할 때, 유기층과 애노드 사이 및/또는 유기층과 캐소드 사이에 OLED의 다른 기능층들이 제공될 수 있다. 따라서, 구체적인 실시양태에 따라, 본 개시의 신규 화합물을 함유하는 유기층은 개재층 위에 또는 전극 기판 위에 직접 놓일 수 있다.
OLED의 일부 실시양태에서, 유기층은 호스트를 추가로 포함하고, 상기 호스트는 트리페닐렌을 함유하는 벤조융합 티오펜 또는 벤조융합 푸란을 포함하고; 호스트 중의 임의의 치환기는 독립적으로 CnH2n+1, OCnH2n+1, OAr1, N(CnH2n+1)2, N(Ar1)(Ar2), CH=CH-CnH2n+1, C≡CCnH2n+1, Ar1, Ar1-Ar2, CnH2n-Ar1으로 이루어지는 군에서 선택되는 비융합 치환기이거나 비치환이며; 여기서 n은 1∼10이고; Ar1 및 Ar2는 독립적으로 벤젠, 비페닐, 나프탈렌, 트리페닐렌, 카르바졸, 및 이의 헤테로방향족 유사체로 이루어지는 군에서 선택된다.
OLED의 일부 실시양태에서, 유기층은 호스트를 추가로 포함하고, 상기 호스트는 트리페닐렌, 카르바졸, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 아자트리페닐렌, 아자카르바졸, 아자-디벤조티오펜, 아자-디벤조푸란 및 아자-디벤조셀레노펜으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 화학 기를 포함한다.
OLED의 일부 실시양태에서, 유기층은 호스트를 추가로 포함하고, 상기 호스트는 하기로 이루어지는 군에서 선택된다:
Figure pat00072
Figure pat00073
, 및 이의 조합.
OLED의 일부 실시양태에서, 유기층은 호스트를 추가로 포함하고, 상기 호스트는 금속 착물을 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 화합물은 발광성 도펀트일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 인광, 형광, 열 활성화 지연 형광, 즉 TADF(E형 지연 형광으로도 지칭됨), 삼중항-삼중항 소멸, 또는 이들 과정의 조합을 통해 발광을 생성할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 하기 화학식으로 이루어지는 군에서 선택되는 화학식을 갖는 화합물을 포함하는 제제가 개시된다:
M(LA)h(LB)y(LC)z,
Figure pat00074
Figure pat00075
상기 화학식에서,
m은 1 또는 2이고;
리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
;
각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성하고;
M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
h는 1 또는 2이고;
y는 0, 1, 또는 2이며;
z는 0, 1, 또는 2이고;
x+y+z는 금속 M의 산화 상태이며;
M(LA)h(LB)y(LC)z의 분자는 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 갖고;
R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
본원에 개시된 OLED는 소비재, 전자 부품 모듈, 및 조명 패널 중 1 이상에 도입될 수 있다. 일부 실시양태에서 상기 유기층은 발광층일 수 있고, 상기 화합물은 발광성 도펀트일 수 있으며, 다른 실시양태에서 상기 화합물은 비발광성 도펀트일 수 있다.
유기층은 또한 호스트를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 2 이상의 호스트가 바람직하다. 일부 실시양태에서, 호스트는 a) 바이폴라, b) 전자 수송, c) 정공 수송 또는 전하 수송에서의 역할이 거의 없는 d) 와이드 밴드 갭 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 호스트는 금속 착물을 포함할 수 있다. 상기 호스트는 트리페닐렌 함유 벤조 융합된 티오펜 또는 벤조 융합된 푸란일 수 있다. 호스트 내 임의의 치환기는 독립적으로 CnH2n+1, OCnH2n+1, OAr1, N(CnH2n+1)2, N(Ar1)(Ar2), CH=CH-CnH2n+1, C≡CCnH2n+1, Ar1, Ar1-Ar2 및 CnH2n-Ar1로 이루어진 군에서 선택되는 비융합 치환기일 수 있거나, 또는 비치환일 수 있다. 상기 치환기에서, n은 1∼10 범위일 수 있고; Ar1 및 Ar2는 독립적으로 벤젠, 비페닐, 나프탈렌, 트리페닐렌, 카르바졸 및 이의 헤테로방향족 유사체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 호스트는 무기 화합물일 수 있다. 예를 들어 Zn 함유 무기 물질, 예컨대 ZnS일 수 있다.
상기 호스트는 트리페닐렌, 카르바졸, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 아자트리페닐렌, 아자카르바졸, 아자-디벤조티오펜, 아자-디벤조푸란 및 아자-디벤조셀레노펜으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 화학적 기를 포함하는 화합물일 수 있다. 상기 호스트는 금속 착물을 포함할 수 있다. 상기 호스트는 하기로 이루어진 군에서 선택되는 특정 화합물일 수 있으나 이에 한정되지 않는다:
Figure pat00079
Figure pat00080
및 이의 조합.
가능한 호스트에 대한 추가의 정보를 이하에 제공한다.
본 개시의 또 다른 양태에서는, 화학식 I에 따른 화합물을 포함하는 제제가 개시된다. 상기 제제는 본 명세서에 개시된 용매, 호스트, 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 및 전자 수송층 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 성분을 포함할 수 있다.
다른 물질과의 조합
유기 발광 소자에서 특정 층에 대하여 유용한 것으로 본원에 기재된 물질은 소자에 존재하는 다양한 기타의 물질과의 조합에 사용될 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 발광 도펀트는 호스트, 수송층, 차단층, 주입층, 전극 및 존재할 수 있는 기타의 층과 결합되어 사용될 수 있다. 하기에 기재되거나 또는 지칭된 물질은 본원에 개시된 화합물과 조합하여 유용할 수 있는 비제한적인 물질이며, 당업자는 조합에 유용할 수 있는 기타의 물질을 확인하는 문헌을 용이하게 참조할 수 있다.
전도성(Conductivity) 도펀트:
전하 수송층은 전도성 도펀트로 도핑되어 전하 캐리어의 밀도를 실질적으로 변경시킬 수 있고, 이는 이의 전도성을 변경할 것이다. 전도성은 매트릭스 재료에서 전하 캐리어를 생성함으로써 증가되고, 도펀트의 종류에 따라, 반도체의 페르미 준위에 있어 변화가 또한 달성될 수 있다. 정공 수송층은 p형 전도성 도펀트에 의해 도핑될 수 있고 n형 전도성 도펀트는 전자 수송층에 사용된다.
본원에 개시된 재료와 함께 OLED에 사용될 수 있는 전도성 도펀트의 비제한적인 예는 이들 재료를 개시하는 참고문헌들과 함께 이하에서 예시된다: EP01617493, EP01968131, EP2020694, EP2684932, US20050139810, US20070160905, US20090167167, US2010288362, WO06081780, WO2009003455, WO2009008277, WO2009011327, WO2014009310, US2007252140, US2015060804 및 US2012146012.
Figure pat00081
Figure pat00082
HIL/HTL:
본 발명에서 사용하고자 하는 정공 주입/수송 물질은 특정하게 한정되지 않으며, 화합물이 정공 주입/수송 물질로서 사용되는 한 임의의 화합물을 사용할 수 있다. 물질의 비제한적인 예로는 프탈로시아닌 또는 포르피린 유도체; 방향족 아민 유도체; 인돌로카르바졸 유도체; 플루오로탄화수소를 포함하는 중합체; 전도성 도펀트를 갖는 중합체; 전도성 중합체, 예컨대 PEDOT/PSS; 포스폰산 및 실란 유도체와 같은 화합물로부터 유도된 자체조립 단량체; 금속 산화물 유도체, 예컨대 MoOx; p-형 반도체 유기 화합물, 예컨대 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌헥사카르보니트릴; 금속 착물 및 가교성 화합물을 들 수 있다.
HIL 또는 HTL에 사용된 방향족 아민 유도체의 비제한적인 예로는 하기 화학식을 들 수 있다:
Figure pat00083
각각의 Ar1 내지 Ar9는 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌, 아줄렌과 같은 방향족 탄화수소 고리형 화합물로 이루어진 군; 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤족사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 시놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 펜옥사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘과 같은 방향족 헤테로시클릭 화합물로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 고리형 기 및 방향족 헤테로시클릭 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 군이며 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 쇄 구조 단위 및 지방족 고리형 기에 서로 직접 또는 이들 중 1종 이상을 통하여 결합되는 2 내지 10개의 고리형 구조 단위로 이루어진 군으로부터 선택된다. 각각의 Ar은 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다.
하나의 실시양태에서, Ar1 내지 Ar9는 독립적으로 하기로 이루어진 군으로부터 선택되며:
Figure pat00084
k는 1 내지 20의 정수이며; X101 내지 X108은 C(CH 포함) 또는 N이고; Z101은 NAr1, O 또는 S이고; Ar1은 상기 정의된 바와 동일한 기를 갖는다.
HIL 또는 HTL에 사용된 금속 착물의 비제한적인 예는 하기를 들 수 있다:
Figure pat00085
Met는 40 초과의 원자량을 가질 수 있는 금속이며; (Y101-Y102)는 2좌 리간드이고, Y101 및 Y102는 독립적으로 C, N, O, P 및 S로부터 선택되며; L101은 보조 리간드이며; k'는 1 내지 금속에 결합될 수 있는 리간드 최대수의 정수값이고; k'+k"는 금속에 결합될 수 있는 리간드 최대수이다.
일 양태에서, (Y101-Y102)는 2-페닐피리딘 유도체이다. 다른 양태에서, (Y101-Y102)는 카르벤 리간드이다. 다른 양태에서, Met은 Ir, Pt, Os 및 Zn으로부터 선택된다. 추가의 양태에서, 금속 착물은 약 0.6 V 미만의 용액중의 최소 산화 전위 대 Fc+/Fc 커플을 갖는다.
본원에 개시된 재료와 함께 OLED에 사용될 수 있는 HIL 및 HTL 재료의 비제한적인 예는 이들 재료를 개시하는 참고문헌과 함께 이하에 예시된다: CN102702075, DE102012005215, EP01624500, EP01698613, EP01806334, EP01930964, EP01972613, EP01997799, EP02011790, EP02055700, EP02055701, EP1725079, EP2085382, EP2660300, EP650955, JP07-073529, JP2005112765, JP2007091719, JP2008021687, JP2014-009196, KR20110088898, KR20130077473, TW201139402, US06517957, US20020158242, US20030162053, US20050123751, US20060182993, US20060240279, US20070145888, US20070181874, US20070278938, US20080014464, US20080091025, US20080106190, US20080124572, US20080145707, US20080220265, US20080233434, US20080303417, US2008107919, US20090115320, US20090167161, US2009066235, US2011007385, US20110163302, US2011240968, US2011278551, US2012205642, US2013241401, US20140117329, US2014183517, US5061569, US5639914, WO05075451, WO07125714, WO08023550, WO08023759, WO2009145016, WO2010061824, WO2011075644, WO2012177006, WO2013018530, WO2013039073, WO2013087142, WO2013118812, WO2013120577, WO2013157367, WO2013175747, WO2014002873, WO2014015935, WO2014015937, WO2014030872, WO2014030921, WO2014034791, WO2014104514, WO2014157018,
Figure pat00086
Figure pat00087
Figure pat00088
Figure pat00089
Figure pat00090
Figure pat00091
Figure pat00092
Figure pat00093
.
EBL:
전자 차단층(EBL)은 발광층을 떠나는 전자 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 소자 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 소자와 비교했을 때 실질적으로 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태들에서, EBL 재료는 EBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 보다 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태들에서, EBL 재료는 EBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 보다 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일 양태에서, EBL에 사용되는 화합물은 이하에 기재된 호스트들 중 하나로서 사용되는 동일한 분자 또는 동일한 작용기를 함유한다.
호스트:
본 발명의 유기 EL 소자의 발광층은 바람직하게는 발광 물질로서 적어도 금속 착물을 포함하며, 도펀트 물질로서 금속 착물을 사용하는 호스트 물질을 포함할 수 있다. 호스트 물질의 예로는 특정하여 한정되지는 않았으나, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 호스트의 삼중항 에너지가 도펀트의 것보다 더 크기만 하다면 사용할 수 있다. 삼중항 기준을 충족하는 한, 임의의 호스트 물질은 임의의 도펀트와 함께 사용될 수 있다.
호스트로서 사용된 금속 착물의 예는 하기 화학식을 갖는 것이 바람직하다:
Figure pat00094
Met는 금속이고; (Y103-Y104)는 2좌 리간드이고, Y103 및 Y104는 독립적으로 C, N, O, P 및 S로부터 선택되며; L101은 또 다른 리간드이며; k'는 1 내지 금속이 결합될 수 있는 리간드 최대수의 정수값이고; k'+k"는 금속에 결합될 수 있는 리간드 최대수이다.
일 양태에서, 금속 착물은
Figure pat00095
이다.
(O-N)은 원자 O 및 N에 배위결합된 금속을 갖는 2좌 리간드이다.
또 다른 양태에서, Met는 Ir 및 Pt로부터 선택된다. 추가의 양태에서, (Y103-Y104)는 카르벤 리간드이다.
호스트로서 사용된 유기 화합물의 예는 방향족 탄화수소 고리형 화합물, 예컨대 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌, 아줄렌으로 이루어진 군; 방향족 헤테로시클릭 화합물, 예컨대 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤족사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 펜옥사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘으로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 고리형 기 및 방향족 헤테로시클릭 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 기이며 그리고 서로 직접 결합되거나 또는 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 쇄 구조 단위 및 지방족 고리형 기 중 1종 이상에 의하여 결합되는 2 내지 10개의 고리형 구조 단위로 이루어진 군으로부터 선택된다. 여기서 각각의 기에서의 옵션은 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다.
일 양태에서, 호스트 화합물은 분자에서 하기 기 중 1종 이상을 포함한다:
Figure pat00096
R101 내지 R107 각각은 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며, 아릴 또는 헤테로아릴인 경우, 전술한 Ar과 유사한 정의를 갖는다. k는 0 내지 20 또는 1 내지 20의 정수이며; k"'는 0 내지 20의 정수이다. X101 내지 X108는 C(CH 포함) 또는 N으로부터 선택된다.
Z101 및 Z102는 NR101, O 또는 S로부터 선택된다.
본원에 개시된 재료와 함께 OLED에 사용될 수 있는 호스트 재료의 비제한적인 예는 이들 재료를 개시하는 참고문헌과 함께 이하에 예시된다: EP2034538, EP2034538A, EP2757608, JP2007254297, KR20100079458, KR20120088644, KR20120129733, KR20130115564, TW201329200, US20030175553, US20050238919, US20060280965, US20090017330, US20090030202, US20090167162, US20090302743, US20090309488, US20100012931, US20100084966, US20100187984, US2010187984, US2012075273, US2012126221, US2013009543, US2013105787, US2013175519, US2014001446, US20140183503, US20140225088, US2014034914, US7154114, WO2001039234, WO2004093207, WO2005014551, WO2005089025, WO2006072002, WO2006114966, WO2007063754, WO2008056746, WO2009003898, WO2009021126, WO2009063833, WO2009066778, WO2009066779, WO2009086028, WO2010056066, WO2010107244, WO2011081423, WO2011081431, WO2011086863, WO2012128298, WO2012133644, WO2012133649, WO2013024872, WO2013035275, WO2013081315, WO2013191404, WO2014142472,
Figure pat00097
Figure pat00098
Figure pat00099
Figure pat00100
Figure pat00101
추가의 이미터:
하나 이상의 추가의 이미터 도펀트는 본 개시의 화합물과 함께 사용될 수 있다. 추가의 이미터 도펀트의 예는 특별히 한정되지 않으며, 이미터 재료로서 전형적으로 사용되는 한 임의의 화합물이 사용될 수 있다. 적합한 이미터 재료의 예는 인광, 형광, 열 활성화 지연 형광, 즉, TADF(E형 지연 형광이라고도 함), 삼중항-삼중항 소멸, 또는 이들 프로세스의 조합에 의해 발광을 일으킬 수 있는 화합물을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본원에 개시된 재료와 함께 OLED에 사용될 수 있는 이미터 재료의 비제한적인 예는 이들 재료를 개시하는 참고문헌과 함께 이하에 예시된다: CN103694277, CN1696137, EB01238981, EP01239526, EP01961743, EP1239526, EP1244155, EP1642951, EP1647554, EP1841834, EP1841834B, EP2062907, EP2730583, JP2012074444, JP2013110263, JP4478555, KR1020090133652, KR20120032054, KR20130043460, TW201332980, US06699599, US06916554, US20010019782, US20020034656, US20030068526, US20030072964, US20030138657, US20050123788, US20050244673, US2005123791, US2005260449, US20060008670, US20060065890, US20060127696, US20060134459, US20060134462, US20060202194, US20060251923, US20070034863, US20070087321, US20070103060, US20070111026, US20070190359, US20070231600, US2007034863, US2007104979, US2007104980, US2007138437, US2007224450, US2007278936, US20080020237, US20080233410, US20080261076, US20080297033, US200805851, US2008161567, US2008210930, US20090039776, US20090108737, US20090115322, US20090179555, US2009085476, US2009104472, US20100090591, US20100148663, US20100244004, US20100295032, US2010102716, US2010105902, US2010244004, US2010270916, US20110057559, US20110108822, US20110204333, US2011215710, US2011227049, US2011285275, US2012292601, US20130146848, US2013033172, US2013165653, US2013181190, US2013334521, US20140246656, US2014103305, US6303238, US6413656, US6653654, US6670645, US6687266, US6835469, US6921915, US7279704, US7332232, US7378162, US7534505, US7675228, US7728137, US7740957, US7759489, US7951947, US8067099, US8592586, US8871361, WO06081973, WO06121811, WO07018067, WO07108362, WO07115970, WO07115981, WO08035571, WO2002015645, WO2003040257, WO2005019373, WO2006056418, WO2008054584, WO2008078800, WO2008096609, WO2008101842, WO2009000673, WO2009050281, WO2009100991, WO2010028151, WO2010054731, WO2010086089, WO2010118029, WO2011044988, WO2011051404, WO2011107491, WO2012020327, WO2012163471, WO2013094620, WO2013107487, WO2013174471, WO2014007565, WO2014008982, WO2014023377, WO2014024131, WO2014031977, WO2014038456, WO2014112450.
Figure pat00102
Figure pat00103
Figure pat00104
Figure pat00105
Figure pat00106
Figure pat00107
HBL:
정공 차단층(HBL)은 발광층을 떠나는 정공 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키는데 사용될 수 있다. 소자 내 이러한 차단층의 존재는 차단층이 결여된 유사한 소자에 비하여 실질적으로 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 나타낼 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 부위로 방출을 국한시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시양태들에서, HBL 재료는 HBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 보다 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태들에서, HBL 재료는 HBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 보다 높은 삼중항 에너지를 갖는다.
한 양태에서, HBL에 사용된 화합물은 전술한 호스트로서 사용된 동일한 작용기 또는 동일한 분자를 포함한다.
또 다른 양태에서, HBL에 사용된 화합물은 분자에서 하기의 기 중 1종 이상을 포함한다:
Figure pat00108
k는 1 내지 20의 정수이고; L101은 또 다른 리간드이고, k'은 1 내지 3의 정수이다.
ETL:
전자 수송층(ETL)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층은 고유하거나(도핑되지 않음) 또는 도핑될 수 있다. 도핑은 전도율을 향상시키는데 사용될 수 있다. ETL 물질의 예는 특정하게 한정되지는 않았으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 통상적으로 전자를 수송하는데 사용되는 한 사용될 수 있다.
한 양태에서, ETL에 사용되는 화합물은 분자에서 하기 기 중 1종 이상을 포함한다:
Figure pat00109
R101은 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 아릴 또는 헤테로아릴인 경우, 전술한 Ar과 유사한 정의를 갖는다. Ar1 내지 Ar3은 전술한 Ar과 유사한 정의를 갖는다. k는 1 내지 20의 정수이다. X101 내지 X108은 C(CH 포함) 또는 N으로부터 선택된다.
다른 양태에서, ETL에 사용된 금속 착물은 하기의 화학식을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00110
(O-N) 또는 (N-N)은 원자 O, N 또는 N,N에 배위결합된 금속을 갖는 2좌 리간드이며; L101은 또 다른 리간드이며; k'는 1 내지 금속에 결합될 수 있는 리간드 최대수의 정수값이다.
본원에 개시된 재료와 함께 OLED에 사용될 수 있는 ETL 재료의 비제한적인 예는 이들 재료를 개시하는 참고문헌과 함께 이하에 예시된다: CN103508940, EP01602648, EP01734038, EP01956007, JP2004-022334, JP2005149918, JP2005-268199, KR0117693, KR20130108183, US20040036077, US20070104977, US2007018155, US20090101870, US20090115316, US20090140637, US20090179554, US2009218940, US2010108990, US2011156017, US2011210320, US2012193612, US2012214993, US2014014925, US2014014927, US20140284580, US6656612, US8415031, WO2003060956, WO2007111263, WO2009148269, WO2010067894, WO2010072300, WO2011074770, WO2011105373, WO2013079217, WO2013145667, WO2013180376, WO2014104499, WO2014104535,
Figure pat00111
Figure pat00112
Figure pat00113
전하 생성층(CGL)
탠덤 또는 스택된 OLED에서, CGL은 성능에 있어 필수적인 역할을 수행하며, 이는 전자 및 정공 각각의 주입을 위한 n-도핑 층 및 p-도핑 층으로 구성된다. 전자 및 정공은 CGL 및 전극으로부터 공급된다. CGL에서 소비된 전자 및 정공은 캐소드 및 애노드 각각으로부터 주입되는 전자 및 정공에 의해 재충전되고, 이후에, 양극성 전류가 점진적으로 정류 상태에 도달한다. 전형적인 CGL 재료는 수송층들에 사용되는 n 및 p 전도성 도펀트를 포함한다.
OLED 소자의 각 층에 사용되는 임의의 상기 언급된 화합물에서, 수소 원자가 부분적으로 또는 완전히 중수소화될 수 있다. 이에, 메틸, 페닐, 피리딜 등(제한되지 않음)과 같은 임의의 구체적으로 나열된 치환기가 이의 중수소화되지 않은, 부분적으로 중수소화된, 및 완전히 중수소화된 버전일 수 있다. 마찬가지로, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 등(제한없이)과 같은 부류의 치환기가 또한 이의 중수소화되지 않은, 부분적으로 중수소화된, 및 완전히 중수소화된 버전일 수 있다.
실험
합성 실시예
1. Comp (LA1)2Ir(LB227)의 합성
Figure pat00114
500 mL의 둥근 바닥 플라스크에, 1-브로모-4-클로로벤젠(9.60 g, 50.1 mmol), 2-페닐-4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란-2-일)피리딘(11.75 g, 41.8 mmol), Pd(PPh3)4(2.415 g, 2.090 mmol), 탄산나트륨(13.29 g, 125 mmol), DME(200 mL) 및 물(100 mL)을 첨가하고 밤새 환류시켰다. 반응 혼합물을 워크업 처리하고 정제하여 9.1 g의 원하는 생성물(수율 89%)을 얻었다. GC 및 NMR로 원하는 생성물을 확인하였다.
Figure pat00115
500 mL의 둥근 바닥 플라스크에, 네오펜틸보론산(5.0 g, 43.1 mmol), 디시클로헥실(2',6'-디메톡시-[1,1'-비페닐]-2-일)포스판(SPhos)(1.112 g, 2.71 mmol), Pd2(dba)3(0.620 g, 0.677 mmol), 인산칼륨(21.57 g, 102 mmol), 물(25 ml), 및 톨루엔(250 ml)을 첨가하였다. 15분 동안 질소 중에서 버블링함으로써 반응 혼합물을 탈기한 다음 오일조에서 가열하고 24 시간 동안 환류시켰다. 반응을 냉각시키고 실리카 칼럼 크로마토그래프로 정제하여 8.0 g의 원하는 생성물(78.3% 수율)을 얻었다.
Figure pat00116
이 중수소화 반응을 Tetrahedron 71(2015)1425-1430에 공개된 문헌상의 절차에 기초하여 행하였다.
Figure pat00117
100 mL의 둥근 바닥 플라스크에, 이리듐 전구체(1.7 g, 2.38 mmol), 4-(4-(2,2-디메틸프로필-11-d2)페닐)피리딘(1.8 g , 5.93 mmol), 에탄올(25 mL) 및 메탄올(25 mL)을 첨가하고 오일조에서 질소하에 가열하고 2일 동안 80℃에서 환류시켰다. 반응 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래프로 정제하여 0.9 g(47% 수율)의 원하는 생성물을 얻었고 이것은 LC-MS 및 NMR로 확인되었다.
2. Comp (LA147)2Ir(LB184)의 합성
Figure pat00118
100 mL의 플라스크에, 이리듐 전구체(2.5 g, 3.20 mmol), 4-(4-(메틸-d3)페닐)-2-페닐피리딘(2.382 g, 9.59 mmol), 에탄올(25 mL), 및 메탄올(25 mL)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 오일조 내에서 질소하에 가열하고 15 시간 동안 80℃에서 환류시켰다. 반응을 실온까지 냉각되게 두고 고체를 여과하고, 메탄올로 세정하고 건조시켰다. 황색 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래프로 더 정제하여 1.25 g의 생성물(수율 48.9%)을 얻었고 이것은 LC-MS 및 NMR로 확인되었다.
3. Comp (LA147)2Ir(LB86)의 합성
Figure pat00119
500 mL의 둥근 바닥 플라스크에, 이리듐 전구체(2 g, 2.56 mmol), 4-(4-((1S,2S,4R)-비시클로[2.2.1]헵탄-2-일-2-d)페닐)-2-페닐피리딘(2.104 g, 6.45 mmol), 에탄올(40 mL) 및 메탄올(40 mL)을 첨가하고 23 시간 동안 80℃에서 환류시켰다. 반응 혼합물을 냉각시키고 여과하였다. 수거한 황색 고체에 실리카 칼럼 크로마토그래프를 행하여 원하는 생성물(0.61g, 26% 수율)을 얻었다.
4. Comp (LA147)2Ir(LB109)의 합성
Figure pat00120
100 mL의 플라스크에 1-페닐아다만탄(2 g, 9.42 mmol), CCl4(40 mL), 디브로민(19.40 mL, 377 mmol)을 넣고, 밤새 교반하고 빛으로부터 보호하였다. 반응 혼합물을 서서히 빙수에 붓고 티오황산나트륨으로 켄칭하였다. 반응 혼합물을 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기 부분을 증발시켜 원하는 생성물(2.74 g, 100%)을 얻었다.
Figure pat00121
250 mL의 플라스크에 1-(4-브로모페닐)아다만탄(2.76 g, 9.48 mmol), 2-페닐-4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란-2-일)피리딘(4.00 g, 14.22 mmol), 디아세톡시팔라듐(0.064 g, 0.284 mmol), 디시클로헥실(2',6'-디메톡시-[1,1'-비페닐]-2-일)포스판(SPhos)(0.233 g, 0.569 mmol), K3PO4(4.02 g, 18.95 mmol), 톨루엔(30 mL) 및 물(3 mL)을 넣었다. 반응 혼합물을 밤새 100℃로 가열하고 EtOAc로 수성 워크업 처리하였다. 유기 부분을 합하고 칼럼 크로마토그래피를 행하여 원하는 생성물(2.46 g, 71%)을 얻었다.
Figure pat00122
500 mL의 플라스크에 이리듐 전구체(2.0 g, 2.56 mmol), 4-(4-(아다만탄-1-일)페닐)-2-페닐피리딘(2.10 g, 5.75 mmol), 에탄올(25 mL) 및 메탄올(25 mL)을 넣었다. 반응 혼합물을 5일 동안 80℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 여과하고 수거한 침전물에 칼럼 크로마토그래피를 행하여 원하는 생성물(0.74 g, 31%)을 얻었다. NMR 및 LC-MS로 원하는 생성물을 확인하였다.
5. Comp (LA147)2Ir(LB88)의 합성
Figure pat00123
100 mL의 플라스크에 (니트로옥시)은(0.137 g, 0.805 mmol)을 넣고, 100 mL의 무수 에테르, (1R,2S,4S)-2-브로모비시클로[2.2.1]헵탄(3.45 mL, 26.8 mmol)을 첨가한 후, (4-클로로벤질)마그네슘 클로라이드(2-MeTHF 중 0.5 M 용액, 77 mL, 38.5 mmol)를 20분 동안 적하 방식으로 첨가 깔대기를 통해 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 물로 희석하고 에테르로 추출하였다. 유기 부분을 합하고 칼럼 크로마토그래피를 행하여 원하는 생성물(2.48 g, 41%)을 얻었다.
Figure pat00124
250 mL의 플라스크에 (1R,2R,4S)-2-(4-클로로벤질)비시클로[2.2.1]헵탄(2.48 g, 11.23 mmol), 2-페닐-4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란-2-일)피리딘(4.11 g, 14.61 mmol), 디아세톡시팔라듐(0.076 g, 0.337 mmol), 디시클로헥실(2',6'-디메톡시-[1,1'-비페닐]-2-일)포스판(SPhos)(0.277 g, 0.674 mmol), K3PO4(4.77 g, 22.47 mmol), 톨루엔(30 mL) 및 물(3.00 mL)을 넣었다. 반응 혼합물을 밤새 105℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 수성 워크업 처리하고 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기 부분을 합하고 실리카 칼럼 크로마토그래프를 행하여 순수한 생성물(3.69 g, 97%)을 얻었다.
Figure pat00125
Tetrahedron 71(2015)1425-1430에 공개된 문헌상의 절차에 기초하여 중수소화 반응을 행하였다.
Figure pat00126
500 mL의 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체(2.8 g, 3.58 mmol), 4-(4-(((1R,2S,4S)-비시클로[2.2.1]헵탄-2-일)메틸-d2)페닐)-2-페닐피리딘(2.446 g, 7.16 mmol), 에탄올(25 mL) 및 MeOH(25 mL)를 넣었다. 반응 혼합물을 4일 동안 80℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 여과하고 침전물을 수거하고 실리카 칼럼 크로마토그래프로 정제하여 원하는 생성물(1 g, 30.7%)을 얻었다.
6. Comp (LA147)2Ir(LB225)의 합성
Figure pat00127
500 mL의 플라스크에 2-(4-브로모페닐)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란(10.5 g, 37.1 mmol), 디시클로헥실(2',6'-디메톡시-[1,1'-비페닐]-2-일)포스판(SPhos)(0.914 g, 2.226 mmol), 및 디아세톡시팔라듐(0.250 g, 1.113 mmol)을 넣었다. (시클로펜틸메틸)아연(II) 클로라이드(20.48 g, 111 mmol) 용액을 캐뉼러를 통해 반응 플라스크로 옮겼다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 포화 염화암모늄 용액으로 희석하고 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기 부분을 합하고 실리카 칼럼 크로마토그래프를 행하여 원하는 생성물(7.10 g, 67%)을 얻었다.
Figure pat00128
250 mL의 플라스크에 4-클로로-2-페닐피리딘(3.92 g, 20.67 mmol), 2-(4-(시클로펜틸메틸)페닐)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란(7.10 g, 24.80 mmol), Pd2(dba)3(0.379 g, 0.413 mmol), 디시클로헥실(2',6'-디메톡시-[1,1'-비페닐]-2-일)포스판(SPhos)(0.679 g, 1.654 mmol), K3PO4(13.16 g, 62.0 mmol), 톨루엔(70 mL) 및 물(7.0 mL)을 넣었다. 반응을 밤새 100℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 수성 워크업 처리하고 EtOAc로 추출하였다. 유기 부분을 합하고 칼럼 크로마토그래프를 행하여 생성물(5.71 g, 88%)을 얻었다.
Figure pat00129
Tetrahedron 71(2015)1425-1430에 공개된 문헌상의 절차에 기초하여 중수소화 반응을 행하였다.
Figure pat00130
100 mL의 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체(2.22 g, 2.84 mmol), 4-(4-(시클로펜틸메틸-d2)페닐)-2-페닐피리딘(1.791 g, 5.68 mmol), 에탄올(25 mL) 및 MeOH(25.00 mL)를 넣었다. 반응 혼합물을 5일 동안 68℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 여과하고 수거한 침전물에 칼럼 크로마토그래피를 행하여 원하는 생성물(0.9 g, 36%)을 얻었다.
7. Comp (LA153)2Ir(LB86)의 합성
Figure pat00131
1000 mL의 둥근 바닥 플라스크에 2,4-디브로모-피리딘(9.45 g, 40.4 mmol), 4,4,5,5-테트라메틸-2-페닐-1,3,2-디옥사보롤란(11.37 g, 55.7 mmol), 디아세톡시팔라듐(0.569 g, 2.53 mmol), 트리페닐포스판(2.66 g, 10.13 mmol), 수산화칼륨(5.68 g, 101 mmol) 및 아세토니트릴(600 mL)을 넣었다. 반응 혼합물을 50 시간 동안 60℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 EtOAc로 수성 워크업 처리하였다. 유기 부분을 합하고 실리카 칼럼 크로마토그래프를 행하여 원하는 생성물(9.45 g, 80%)을 얻었다.
Figure pat00132
500 mL의 둥근 바닥 플라스크에 4-브로모-2-페닐피리딘(9.52 g, 35.8 mmol ), (4-클로로페닐)보론산(6.94 g, 44.4 mmol), 디아세톡시팔라듐(0.453 g, 2.018 mmol), 트리페닐포스판(1.059 g, 4.04 mmol), K2CO3(11.16 g, 81 mmol), 아세토니트릴(200 mL) 및 MeOH(100 mL)를 넣었다. 반응을 21 시간 동안 40℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 물로 희석하고 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기 부분을 증발 건조하였다. 잔류물에 칼럼 크로마토그래피를 행하여 원하는 화합물(9.52 g, 89%)을 얻었다.
Figure pat00133
250 mL의 플라스크에 4-(4-클로로페닐)-2-페닐피리딘(3 g, 11.29 mmol), 염화리튬(6.52 g, 154 mmol), PEPPSI-Ipr(0.460 g, 0.677 mmol) 및 THF 중 ((1S,2R,4R)-비시클로[2.2.1]헵탄-2-일)아연(II) 브로마이드(79 ml, 39.5 mmol)를 넣었다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 물로 희석하고 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기 부분을 합하고 칼럼 크로마토그래프를 행하여 (3.67 g, 100%)를 얻었다.
Figure pat00134
Tetrahedron 71(2015)1425-1430에 공개된 문헌상의 절차에 기초하여 중수소화 반응을 행하였다.
Figure pat00135
500 mL의 플라스크에 이리듐 전구체(4.28 g, 5.24 mmol), 4-(4-((1S,2S,4R)-비시클로[2.2.1]헵탄-2-일-2-d)페닐)-2-페닐피리딘(4.36 g, 13.36 mmol), 에탄올(40 mL) 및 메탄올(40 mL)을 넣고, 50 시간 동안 70℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 여과하고 황색 고체를 수거하고 칼럼 크로마토그래피를 행하여 원하는 생성물(1.18 g)을 얻었다.
소자 실시예
모든 실시예 소자는 고진공(<10-7 Torr) 열증발에 의해 제조되었다. 애노드 전극은 750Å의 인듐주석산화물(ITO)이었다. 캐소드는 10Å의 Liq (8-히드록시퀴놀린 리튬) 및 이어서 1,000Å의 Al로 이루어졌다. 소자를 제조 직후 질소 글로브 박스(<1 ppm의 H2O 및 O2) 안에 에폭시 수지로 밀봉된 유리 뚜껑으로 봉입하고 패키지 안에 흡습제(moisture getter)를 넣었다. 소자 실시예의 스택은 순차적으로, ITO 표면으로부터, 정공 주입층(HIL)으로서 100Å의 HATCN; 정공 운반층(HTL)으로서 450Å의 HTM; 전자 차단층으로서 50Å의 EBM, 2성분 호스트(H1:H2 1:1 비) 및 이미터 12%(본 발명 또는 비교 이미터 실시예)를 포함하는 400Å의 발광층(EML), 및 전자 운반층 ETL로서 40%의 ETM으로 도핑된 350Å의 Liq (8-히드록시퀴놀린 리튬)으로 이루어졌다. 소자 재료의 화학 구조를 이하에 나타낸다.
Figure pat00136
Figure pat00137
표 5는 소자의 층 두께 및 재료를 나타낸다.
Figure pat00138
이미터 실시예 1, 2, 5, 7, 8, 9, 10 및 CE2를 이용하여 소자 EQE 및 이미터 배향 인자 사이의 상관관계를 입증하였다. 1,000 nit에서 측정된 소자 EQE를 표 6에 나타낸다.
Figure pat00139
이미터 배향 인자가 증가함에 따라 관찰되는 소자 EQE의 증가는 EQE가 이미터 배향과 직접적인 상관관계가 있음을 보여준다.
본원에 기술된 다양한 실시양태는 단지 예시에 의한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 예를 들면, 본원에 기술된 물질 및 구조의 대다수는 본 발명의 취지로부터 벗어나는 일 없이 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 특허 청구된 본 발명은 이에 따라 당업자에게 명백한 바와 같이 본원에 기술된 특정 예시 및 바람직한 실시양태로부터 변형예를 포함할 수 있다. 본 발명이 왜 효과가 있는지에 관한 다양한 이론은 한정적인 의도가 아님을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 하기 화학식을 갖고 그 분자가 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 갖는 화합물:
    M(LA)h(LB)y(LC)z
    상기 화학식에서,
    리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
    Figure pat00140

    Figure pat00141

    Figure pat00142
    ;
    각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
    X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
    R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
    각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
    R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
    Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌(multidentate) 리간드를 형성하고;
    M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
    h는 1 또는 2이고;
    y는 0, 1, 또는 2이며;
    z는 0, 1, 또는 2이고;
    x+y+z는 금속 M의 산화 상태이다.
  2. 제1항에 있어서, M은 Ir, Rh, Re, Ru, Os, Pt, Au, 및 Cu로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물.
  3. 제1항에 있어서, Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 하나는 13개 이상의 탄소 원자를 갖는 일치환이고, Ra, Rb, Rc, 및 Rd의 나머지 모두는 6의 최대 탄소수를 갖는 것인 화합물.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 X1 내지 X13은 탄소인 화합물.
  5. 제1항에 있어서, 화학식 Ir(LA)2(LB)을 갖는 화합물.
  6. 제5항에 있어서,
    LA는 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 화학식을 갖고:
    Figure pat00143
    ;
    LB는 하기 화학식을 갖는 것인 화합물:
    Figure pat00144
    .
  7. 제5항에 있어서, LA 및 LB는 상이하고 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00145

    Figure pat00146
    .
  8. 제5항에 있어서, LA 및 LB는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00147
    .
  9. 제1항에 있어서, Pt(LA)(LB)의 화학식을 갖고, 상기 화학식에서 LA 및 LB는 상이한 것인 화합물.
  10. 제1항에 있어서, 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 갖는 화합물:
    Figure pat00148

    Figure pat00149

    상기 화학식들에서,
    m은 1 또는 2이고;
    R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
    R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
    R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C6 알킬, C1 내지 C6 시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택되며;
    R6은 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬, 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 시클로알킬, 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬-시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택된다.
  11. 제10항에 있어서, R6은 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬, 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 시클로알킬, 8개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬-시클로알킬, 및 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물.
  12. 제10항에 있어서, LA는 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00150

    Figure pat00151

    Figure pat00152

    Figure pat00153

    Figure pat00154

    Figure pat00155

    Figure pat00156

    Figure pat00157

    Figure pat00158

    Figure pat00159

    Figure pat00160

    Figure pat00161
    .
  13. 제10항에 있어서, LB는 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00162

    Figure pat00163

    Figure pat00164

    Figure pat00165

    Figure pat00166

    Figure pat00167

    Figure pat00168

    Figure pat00169

    Figure pat00170

    Figure pat00171

    Figure pat00172

    Figure pat00173

    Figure pat00174

    Figure pat00175

    Figure pat00176

    Figure pat00177
    .
  14. 제12항에 있어서, 하기 화학식을 갖는 화합물 x인 화합물:
    Ir(L Aj )2(LBk)
    여기서, x = 227j + k - 227이고, j는 1∼225의 정수이고, k는 1∼227의 정수이며;
    LB1 내지 LB227은 이하의 구조를 가진다:
    Figure pat00178

    Figure pat00179

    Figure pat00180

    Figure pat00181

    Figure pat00182

    Figure pat00183

    Figure pat00184

    Figure pat00185


    Figure pat00187

    Figure pat00188

    Figure pat00189

    Figure pat00190

    Figure pat00191

    Figure pat00192

    Figure pat00193

    Figure pat00194
    .
  15. 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 구조를 갖는 화학식 (LA)mIr(LB)3-m을 갖는 화합물:
    Figure pat00195

    Figure pat00196

    상기 화학식들에서,
    m은 1 또는 2이고;
    R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
    R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
    R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
    R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
  16. 애노드;
    캐소드; 및
    애노드와 캐소드 사이에 배치된, 하기 화학식으로 이루어지는 군에서 선택되는 화학식을 갖는 화합물을 포함하는 유기층
    을 포함하는 유기 발광 소자(OLED):
    M(LA)h(LB)y(LC)z,
    Figure pat00197

    상기 화학식에서,
    m은 1 또는 2이며;
    리간드 LA, LB, 및 LC는 각각 독립적으로 하기로 이루어지는 군에서 선택되고:
    Figure pat00198

    Figure pat00199

    Figure pat00200
    ;
    각각의 X1 내지 X13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되며;
    X는 BR', NR', PR', O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CR'R", SiR'R", 및 GeR'R"로 이루어지는 군에서 선택되고;
    R' 및 R"은 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하며;
    각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 일치환 내지 가능한 최대수의 치환 또는 비치환을 나타낼 수 있고;
    R', R", Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며;
    Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 임의로 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성하고;
    M은 40 초과의 원자 질량을 갖는 금속이며;
    h는 1 또는 2이고;
    y는 0, 1, 또는 2이며;
    z는 0, 1, 또는 2이고;
    x+y+z는 금속 M의 산화 상태이며;
    M(LA)h(LB)y(LC)z의 분자는 0.67을 초과하는 배향 인자 값을 갖고;
    R1, R2, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환, 또는 비치환을 나타내며;
    R3은 일치환, 이치환 또는 삼치환, 또는 비치환을 나타내고;
    R6은 일치환 또는 비치환을 나타내며;
    R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 알킬, 시클로알킬, 이의 부분 또는 완전 중수소화된 또는 불화된 변이체, 및 이의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된다.
  17. 제16항에 있어서, 소비재, 전자 부품 모듈, 및 조명 패널로 이루어진 군에서 선택되는 소자 내에 포함되는 OLED.
  18. 제16항에 있어서, 유기층은 발광층이고 화합물은 발광 도펀트 또는 비발광 도펀트인 OLED.
  19. 제16항에 있어서, 유기층은 호스트를 추가로 포함하고, 상기 호스트는 트리페닐렌, 카르바졸, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 아자트리페닐렌, 아자카르바졸, 아자-디벤조티오펜, 아자-디벤조푸란 및 아자-디벤조셀레노펜으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 화학 기를 포함하는 것인 OLED.
  20. 제16항에 있어서, 유기층은 호스트를 추가로 포함하고, 상기 호스트는 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 OLED:
    Figure pat00201

    Figure pat00202
    , 및 이의 조합.
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