KR20180125675A - 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20180125675A
KR20180125675A KR1020170060153A KR20170060153A KR20180125675A KR 20180125675 A KR20180125675 A KR 20180125675A KR 1020170060153 A KR1020170060153 A KR 1020170060153A KR 20170060153 A KR20170060153 A KR 20170060153A KR 20180125675 A KR20180125675 A KR 20180125675A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
formula
group
represented
substituted
heterocyclic compound
Prior art date
Application number
KR1020170060153A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102376873B1 (ko
Inventor
노부타카 아카시
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성디스플레이 주식회사 filed Critical 삼성디스플레이 주식회사
Priority to KR1020170060153A priority Critical patent/KR102376873B1/ko
Priority to US15/941,061 priority patent/US10862050B2/en
Publication of KR20180125675A publication Critical patent/KR20180125675A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102376873B1 publication Critical patent/KR102376873B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D487/06—Peri-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D219/00—Heterocyclic compounds containing acridine or hydrogenated acridine ring systems
    • C07D219/02—Heterocyclic compounds containing acridine or hydrogenated acridine ring systems with only hydrogen, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to carbon atoms of the ring system
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D491/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00
    • C07D491/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D491/10—Spiro-condensed systems
    • C07D491/107—Spiro-condensed systems with only one oxygen atom as ring hetero atom in the oxygen-containing ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D519/00—Heterocyclic compounds containing more than one system of two or more relevant hetero rings condensed among themselves or condensed with a common carbocyclic ring system not provided for in groups C07D453/00 or C07D455/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/0803—Compounds with Si-C or Si-Si linkages
    • C07F7/081—Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te
    • C07F7/0812—Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te comprising a heterocyclic ring
    • C07F7/0816—Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te comprising a heterocyclic ring said ring comprising Si as a ring atom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • H01L51/0072—
    • H01L51/5016—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/40—Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C09K2211/1033—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom with oxygen
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/12—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/15—Hole transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/16—Electron transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/17—Carrier injection layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/17—Carrier injection layers
    • H10K50/171—Electron injection layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/18—Carrier blocking layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되고, 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 헤테로환 화합물 및 이를 발광층에 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00101

화학식 1에서, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00102

Description

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자{HETEROCYCLIC COMPOUND AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에서 재결합시킴으로써, 발광층에 포함되는 유기 화합물인 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 전계 발광 소자로서는, 예를 들어, 제1 전극, 제1 전극 상에 배치된 정공 수송층, 정공 수송층 상에 배치된 발광층, 발광층 상에 배치된 전자 수송층 및 전자 수송층 상에 배치된 제2 전극으로 구성된 유기 소자가 알려져 있다. 제1 전극으로부터는 정공이 주입되고, 주입된 정공은 정공 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 한편, 제2 전극으로부터는 전자가 주입되고, 주입된 전자는 전자 수송층을 이동하여 발광층으로 주입된다. 발광층으로 주입된 정공과 전자가 재결합함으로써, 발광층 내에서 여기자가 생성된다. 유기 전계 발광 소자는 그 여기자가 다시 바닥상태로 떨어질 때 발생하는 광을 이용하여 발광한다. 또한, 유기 전계 발광 소자는 이상에 설명한 구성에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
본 발명은 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 일 목적으로 한다. 보다 상세하게, 본 발명은 열 활성 지연 형광 재료용 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되고, 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 헤테로환 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되고,
[화학식 2]
Figure pat00002
화학식 2에서, X는 CY1Y2, SiY3Y4, NY5, O 또는 S이며, Y1 내지 Y5 및 R12 내지 R19는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, Y1와 Y2 및 Y3와 Y4는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2]
Figure pat00003
Figure pat00004
[화학식 2-3]
Figure pat00005
화학식 2-1에서, Z는 CY1Y2, NY5, O 또는 S이며, 화학식 2-3에서, R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며, R28 및 R29는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있고, 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서, R12 내지 R19, 및 Y1 내지 Y5는 전술한 바와 동일하다.
화학식 1에서 R1, R4 및 R5 중 어느 하나가 화학식 2로 표시될 수 있다.
화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00006
화학식 1-1에서, R1은 화학식 2로 표시된다.
화학식 1은 하기 화학식 1-2로 표시될 수 있다.
[화학식 1-2]
Figure pat00007
화학식 1-2에서, R4는 화학식 2로 표시된다.
화학식 1은 하기 화학식 1-3으로 표시될 수 있다.
[화학식 1-3]
Figure pat00008
화학식 1-3에서, R5는 화학식 2로 표시된다.
화학식 2는 하기 화학식 2-4 내지 화학식 2-7 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-4] [화학식 2-5]
Figure pat00009
Figure pat00010
[화학식 2-6] [화학식 2-7]
Figure pat00011
Figure pat00012
화학식 2-4 내지 2-7에서, X1은 C 또는 Si이고, X2는 O 또는 S이며, Z1은 직접 결합(direct linkage), O 또는 S이고, R12 내지 R19는 전술한 바와 동일하다.
화학식 2는 하기 화학식 2-8 내지 화학식 2-10 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-8]
Figure pat00013
[화학식 2-9]
Figure pat00014
[화학식 2-10]
Figure pat00015
화학식 2-8 내지 화학식 2-10에서, Z2는 직접 결합(direct linkage), O 또는 S이고, R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며, R12 내지 R19는 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 일 실시예는 제1 전극, 제1 전극 상에 제공된 정공 수송 영역, 정공 수송 영역 상에 제공된 발광층, 발광층 상에 제공된 전자 수송 영역 및 전자 수송 영역 상에 제공된 제2 전극을 포함하고, 발광층이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 열 활성 지연 형광 발광용 재료일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 유기 전계 발광 소자용 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 지연 형광 발광용 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 청색 발광 및 효율 향상을 동시에 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면 및 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서,
Figure pat00016
는 연결되는 부위를 의미한다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 및 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 바이페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "서로 결합하여 고리를 형성"한다는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 인접하는 기와 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, i-부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기, 섹시페닐기, 바이페닐렌기, 트리페닐렌기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기일 수 있다. 헤테로 아릴기가 헤테로 원자를 2개 포함할 경우, 2개의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하 또는 2 이상 20 이하이다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로아릴기 또는 다환식 헤테로아릴기일 수 있다. 다환식 헤테로아릴기는 예를 들어, 2환 또는 3환 구조를 갖는 것일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 페녹사질기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오페닐기, 티에노티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난트롤린기, 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 실릴기는 알킬 실릴기 및 아릴 실릴기를 포함한다. 실릴기의 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 붕소기는 알킬 붕소기 및 아릴 붕소기를 포함한다. 붕소기의 예로는 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 디페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알케닐기의 예로는 비닐기, 1-부테닐기, 1-펜테닐기, 1,3-부타디에닐 아릴기, 스티레닐기, 스티릴비닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아미노기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아미노기는 알킬 아미노기 및 아릴 아미노기를 포함할 수 있다. 아미노기의 예로는 메틸아미노기, 디메틸아미노기, 페닐아미노기, 디페닐아미노기, 나프틸아미노기, 9-메틸-안트라세닐아미노기, 트리페닐아미노기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, “직접 결합(direct linkage)”은 단일 결합(single bond)을 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00021
화학식 1에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00022
화학식 2에서, X는 CY1Y2, SiY3Y4, NY5, O 또는 S이며, Y1 내지 Y5 및 R12 내지 R19는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, Y1와 Y2 및 Y3와 Y4는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 치환 또는 비치환된다. 헤테로 고리는 예를 들어, 헤테로 원자로 O, S 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 열 활성 지연 형광용 재료로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 하나의 화합물 내에 전자 수용체와 전자 공여체를 포함하며, 화학식 1로 표시되는 유닛은 전자 수용체이고, 화학식 2로 표시되는 유닛은 전자 공여체일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 전자 수용체와 전자 공여체가 직접 결합된다.
화학식 1에서, R1 내지 R11 중 어느 하나가 화학식 2로 표시될 수 있다. 예를 들어, R1, R4 및 R5 중 어느 하나가 화학식 2로 표시될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 1은 예를 들어, 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1] [화학식 1-2]
Figure pat00023
Figure pat00024
[화학식 1-3]
Figure pat00025
화학식 1-1에서는, R1이 화학식 2로 표시되고, 화학식 1-2에서는 R4가 화학식 2로 표시되며, 화학식 1-3에서는 R5가 화학식 2로 표시된다.
화학식 1-1 내지 1-3으로 표시되는 헤테로환 화합물에서 인돌로카바졸(indolocarbazole) 코어는 화학식 2로 치환되는 위치 외에서 치환 또는 비치환될 수 있다.
전자 공여체 역할을 수행하는 화학식 2는 구체적으로 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2]
Figure pat00026
Figure pat00027
[화학식 2-3]
Figure pat00028
화학식 2-1에서, Z는 CY1Y2, NY5, O 또는 S이며, 화학식 2-3에서, R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며, R28 및 R29는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 치환 또는 비치환된다. 상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서, R12 내지 R19, 및 Y1 내지 Y5는 전술한 바와 동일하다.
화학식 2-1에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다. 화학식 2-1에서, R14 및 R17은 예를 들어, 메틸기일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 2-2에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다. 화학식 2-2에서, R14 및 R17은 예를 들어, 메틸기일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 2-2에서, Y3 및 Y4는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 화학식 2-2에서, Y3 및 Y4는 서로 결합하여 플루오렌 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있으며, 헤테로 고리의 헤테로 원자는 예를 들어, O 또는 S이다.
화학식 2-3에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다. 화학식 2-3에서, R14 및 R17은 예를 들어, 메틸기일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 2-3에서, R28 및 R29는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 화학식 2-3에서, R28 및 R29는 서로 결합하여 플루오렌 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있으며, 헤테로 고리의 헤테로 원자는 예를 들어, O 또는 S이다.
화학식 2는 예를 들어, 하기 화학식 2-4 내지 2-7 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-4] [화학식 2-5]
Figure pat00029
Figure pat00030
[화학식 2-6] [화학식 2-7]
Figure pat00031
Figure pat00032
화학식 2-4 내지 2-7에서, X1은 C 또는 Si이고, X2는 O 또는 S이며, Z1은 직접 결합(direct linkage), O 또는 S이고, R12 내지 R19는 전술한 바와 동일하다.
화학식 2-4에서, R12 내지 R19는 각각 수소 원자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, R12 내지 R19 중 적어도 하나는 치환될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-4에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다.
화학식 2-5에서, R12 내지 R19는 각각 수소 원자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, R12 내지 R19 중 적어도 하나는 치환될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-5에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다.
화학식 2-6에서, R12 내지 R19는 각각 수소 원자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, R12 내지 R19 중 적어도 하나는 치환될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-6에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다.
화학식 2-6에서, Z1이 직접 결합인 경우, X1을 포함하는 고리는 5원환(오각형)이 된다. Z1이 O 또는 O 또는 S인 경우, X1을 포함하는 고리는 6원환(육각형)이 된다.
화학식 2-7에서, R12 내지 R19는 각각 수소 원자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, R12 내지 R19 중 적어도 하나는 치환될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-7에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기일 수 있다.
화학식 2는 예를 들어, 하기 화학식 2-8 내지 2-10 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-8]
Figure pat00033
[화학식 2-9]
Figure pat00034
[화학식 2-10]
Figure pat00035
상기 화학식 2-8 내지 화학식 2-10에서, Z2는 직접 결합(direct linkage), O 또는 S이고, R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며, R12 내지 R19는 전술한 바와 동일하다.
화학식 2-8에서, R12 내지 R27는 각각 수소 원자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, R12 내지 R27 중 적어도 하나는 치환될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-8에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환될 수 있다.
화학식 2-9에서, R12 내지 R27는 각각 수소 원자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, R12 내지 R27 중 적어도 하나는 치환될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-9에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환될 수 있다.
화학식 2-10에서, R12 내지 R27는 각각 수소 원자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, R12 내지 R27 중 적어도 하나는 치환될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-10에서, R14 및 R17은 각각 독립적으로 치환될 수 있다.
화학식 2-10에서, Z2가 직접 결합인 경우, Si를 포함하는 고리는 5원환(오각형)이 된다. Z2가 O 또는 O 또는 S인 경우, Si를 포함하는 고리는 6원환(육각형)이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 일중항(singlet) 에너지 준위(S1) 및 삼중항(triplet) 에너지 준위(T1) 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 작은 일중항-삼중항 에너지 갭을 가지는 바, 효율적인 열 활성 지연 형광용 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 1]
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 2]
Figure pat00039
Figure pat00040
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 3]
Figure pat00041
본 발명의 일 실시예예 따른 헤테로환 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광용 재료로 사용될 수 있으며, 더욱 구체적으로 열 활성 지연 형광용 재료로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 고효율의 청색 발광, 예를 들어 고효율의 심청색 발광을 구현할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물과의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물에 따른다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)을 포함한다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 화소 전극 또는 양극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)가 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 100nm 내지 약 150nm인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 물질과 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층, 정공 주입층(HIL)/정공 버퍼층, 정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 예를 들어, 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS((Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diplienyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HAT-CN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송층(HTL)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorine)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diplienyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 10nm 내지 약 1000nm, 예를 들어, 약 약 10nm 내지 약 100nm일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 모두 포함하면, 정공 주입층(HIL)의 두께는 약 약 10nm 내지 약 1000nm, 예를 들어, 약 약 10nm 내지 약 100nm이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 3nm 내지 약 100nm 일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 정공 버퍼층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다.
발광층(EML)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공된다. 발광층(EML)의 두께는 예를 들어, 약 10nm 내지 약 30nm인 것일 수 있다. 발광층(EML)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
이하에서는, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물이 발광층(EML)에 포함되는 것을 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 제공된 1층 이상의 유기층 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 정공 수송 영역(HTR)에 포함되는 것일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 정공 수송층(HTL)에 포함되는 것일 수 있다.
발광층(EML)은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)은 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00042
화학식 1에서, R1 내지 R11에 관한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일한 바 생략하도록 한다. 예를 들어, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00043
화학식 2에서, X, Y1 내지 Y5 및 R12 내지 R19에 관한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일한 바 생략하도록 한다.
발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물 이외 공지의 재료를 더 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 스피로-DPVBi(spiro-DPVBi), 스피로-6P(spiro-6P, 2,2’,7,7’-tetrakis(biphenyl-4-yl)-9,9’-spirobifluorene(spiro-sexiphenyl)), DSB(distyryl-benzene), DSA(distyryl-arylene), PFO(Polyfluorene)계 고분자 및 PPV(poly(p-phenylene vinylene)계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광 물질을 더 포함할 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
발광층(EML)은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물을 발광 재료로 포함하여, 열 활성 지연 형광을 방사하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 청색광을 발광하는 열 활성 지연 형광용 재료일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 약 470nm 미만의 파장 영역을 갖는 청색광을 발광하는 것일 수 있고, 예를 들어, 약 440nm 내지 약 470nm 또는 약 450nm 내지 약 470nm의 파장 영역을 갖는 청색광을 발광하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하이다. 일중항-삼중항 에너지 갭을 작게 조절하여, 열 활성 지연 형광을 효율적으로 방사할 수 있다는 장점이 있다.
발광층(EML)은 호스트를 더 포함할 수 있다. 호스트는 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(n-vinylcabazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4′-bis(9-carbazolyl)-2,2′-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene), DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide), CP1(Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2 (1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4 (Octaphenylcyclotetra siloxane), PPF(2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran) 등을 사용될 수 있다.
발광층(EML)은 예를 들어 약 10nm 내지 약 100nm의 두께를 갖는 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 전자 저지층, 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(AN)로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 100nm 내지 약 150nm인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층(ETL)들의 두께는 약 10nm 내지 약 100nm, 예를 들어 약 15nm 내지 약 50nm일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, LiQ(Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또는 RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께는 약 0.1nm 내지 10nm, 약 0.3nm 내지 약 9nm일 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층을 포함할 수 있다. 정공 저지층은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 또는 음극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)가 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)가 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
유기 전계 발광 소자(10)에서, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)에 각각 전압이 인가됨에 따라 제1 전극(EL1)으로부터 주입된 정공(hole)은 정공 수송 영역(HTR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동되고, 제2 전극(EL2)로부터 주입된 전자가 전자 수송 영역(ETR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동된다. 전자와 정공은 발광층(EML)에서 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하며, 여기자가 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.
유기 전계 발광 소자(10)가 전면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 반사형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다. 유기 전계 발광 소자(10)가 배면 발광형일 경우, 제1 전극(EL1)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극이고, 제2 전극(EL2)은 반사형 전극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이로 인해 효율 향상 및 청색 발광(예를 들어, 심청색 발광)을 동시에 구현할 수 있다는 효과가 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
(합성예)
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 예를 들어, 하기와 같이 합성할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물의 합성 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 화합물 3의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물인 화합물 3은 예를 들어, 하기 반응에 의해 합성될 수 있다.
Figure pat00044
아르곤(Ar) 분위기 하, 100mL의 삼구 플라스크에, 화합물 A 2.0g, 화합물 B 2.3g, 아세트산 팔라듐 0.10g, PH(t-Bu)3/BF4 0.25g, 인산 칼륨 2.7g을 더하고, 50mL의 톨루엔 용매 중에서 15시간 가열 환류했다. 공냉 후, 물을 더해서 유기층을 분리하고 용매 유거 했다. 얻어진 불순물을 실리카겔 크로마토크래피(아세트산에틸과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제후, THF로 재결정을 하고, 백색 고체의 목적물을 2.2g (수율 62%) 얻었다.
FAB-MS 측정에 의해 측정된 목적물의 분자량은 570이었다. 이 결과, 목적물이 화합물 3인 것을 확인할 수 있었다.
2. 화합물 6의 합성
Figure pat00045
화합물 B 대신 화합물 C를 이용한 것 외에는 화합물 3과 동일한 방법으로 합성하여, 수율 68%로 목적물을 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 목적물의 분자량은 600이였다. 이 결과, 목적물이 화합물 6인 것을 확인할 수 있었다.
3. 화합물 8의 합성
Figure pat00046
화합물 B 대신 화합물 D를 이용한 것 외에는 화합물 3과 동일한 방법으로 합성하여, 수율 65%로 목적물을 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 목적물의 분자량은 614이였다. 이 결과, 목적물이 화합물 8인 것을 확인할 수 있었다.
4. 화합물 14의 합성
Figure pat00047
화합물 B 대신 화합물 E를 이용한 것 외에는 화합물 3과 동일한 방법으로 합성하여, 수율 72%로 목적물을 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 목적물의 분자량은 616이였다. 이 결과, 목적물이 화합물 14인 것을 확인할 수 있었다.
5. 화합물 37의 합성
Figure pat00048
화합물 A 대신 F, 화합물 B 대신 화합물 G를 이용한 것 외에는 화합물 3과 동일한 방법으로 합성하여, 수율 64%로 목적물을 얻었다. FAB-MS 측정에 의해 측정된 목적물의 분자량은 598이였다. 이 결과, 목적물이 화합물 67인 것을 확인할 수 있었다.
6. 화합물 53의 합성
Figure pat00049
화합물 F 대신 화합물 H를 이용한 것 외에는 화합물 37과 동일한 방법으로 합성하여, 수율 60%의 목적물을 얻었다. FAB－MS 측정에 의해 측정된 목적물의 분자량은 598이었다. 이 결과, 목적물이 화합물 53인 것을 확인할 수 있었다.
(소자 작성예)
상술한 화합물 3, 6, 8, 14 및 37을 발광층 재료로 사용하여 실시예 1 내지 5의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 화합물]
Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
하기 비교예 화합물 X-1 내지 X-4를 발광층 재료로 사용하여 비교예 1 내지 4의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 화합물]
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4의 유기 전계 발광 소자는 ITO로 150nm 두께의 제1 전극을 형성하고, HAT-CN으로 10nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, α-NPD로 80nm 두께의 정공 수송층을 형성하고, mCP로 5nm 두께의 전자 저지층을 형성하고, (bis{2-[di(phenyl) phosphino]phenyl}ether oxide (DPEPO)에 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 18% 도핑한 20nm 두께의 발광층을 형성하고, DPEPO로 10nm 두께의 정공 저지층을 형성하고, TPBi로 30nm 두께의 전자 수송층을 형성하고, LiF로 0.5nm 두께의 전자 주입층을 형성하고, Al로 100nm 두께의 제2 전극을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
S1 에너지 레벨 T1 에너지 레벨 EST
실시예 화합물 3 2.77 2.74 0.03
실시예 화합물 6 2.80 2.77 0.03
실시예 화합물 8 2.81 2.77 0.04
실시예 화합물 14 2.67 2.64 0.03
실시예 화합물 37 2.80 2.77 0.03
비교예 화합물 X-1 3.37 2.76 0.61
비교예 화합물 X-2 2.84 2.54 0.30
비교예 화합물 X-3 3.03 2.86 0.33
비교예 화합물 X-4 2.77 2.42 0.35
표 1에서, EST는 일중항 에너지 준위(S1) 및 삼중항 에너지 준위(T1) 차이 값을 의미한다.
일중항 에너지 준위(S1)와 삼중항 에너지 준위(T1)는 비 경험적 분자 궤도법(non-empirical molecular orbital method)으로 계산을 시행했다. 구체적으로는 Gaussian사 제품 Gaussian09를 이용, 범함수에 B3LYP, 기저함수에 6-31G(d)를 이용하여 계산을 시행했다.
상기 표 1을 참조하면, 실시예 화합물들은 모두 EST가 작은 값을 나타내고 있어, 열 활성 지연 형광용 재료로 유용하게 활용 가능하다는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 화합물들은 일반적으로 열 활성 지연 형광의 효과를 발휘한다는 EST =0.2보다도 큰 값을 나타내어, 열 활성 지연 형광용 재료로 적절하지 않은 것을 알 수 있다.
다음으로, 제작한 유기 전계 발광 소자의 최대 발광 파장과 외부 양자 효율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
최대 발광 파장은, 측정 대상 화합물을 석영유리판 위에 증착 한 시료를 이용하여, 상온（약３００Ｋ）일 때의 발광 스펙트럼의 극대 발광 파장으로 했다. 유기 전계 발광 소자의 외부 양자 효율은, 하마마츠 포토닉스사 제품의 외부 양자 효율 측정 장치 Ｃ９ ９２０－１２를 사용하여 측정했다.
발광층 재료 λmax (nm) ηext
실시예 화합물 3 448 11
실시예 화합물 6 452 16
실시예 화합물 8 450 17
실시예 화합물 14 453 16
실시예 화합물 37 450 12
비교예 화합물 X-1 473 4
비교예 화합물 X-2 460 1
비교예 화합물 X-3 475 2
비교예 화합물 X-4 470 1
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 5는 비교예 1 내지 4에 비하여, 단파장 발광 및 고효율을 실현하고 있다. 실시예 화합물들은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물로 인돌로카바졸(indolocarbazole) 유닛이 전자 수용체로서 기능하고, 질소를 포함하는 유닛이 전자 공여체로서 기능해 전자 수용체-전자 공여체 형태의 열 활성 지연 형광 발광 재료로서 그 특성을 발휘했기 때문이다.
비교예 1은 인돌로카바졸 유닛에 대해 전자 수용체 능력을 가지는 트리아진 유닛을 결합시키고 있는 바, 전자 수용체-전자 공여체 형태의 열 활성 지연 형광 재료로서 제대로 기능하지 않는 것으로 인해 낮은 효율을 보인다고 판단된다. 비교예 2는 인돌로 카바졸 유닛이 전자 수용체 유닛이고, 비스비페닐아민(bisbiphenylamine) 유닛이 전자 공여체 유닛인 경우로 생각할 수 있으나, 표 1을 참조하면, EST 값이 0.3으로 큰 값을 가져, 열 활성 지연 형광 재료로 기능하지 않았다고 생각된다. 또한, 비교예 3 및 4는 각각 전자 공여성의 카바졸 유닛을 가지고, 전자 수용체-전자 공여체 형태를 취하고 있지만, EST 값이 각각 0.3 이상으로 커서 실제로 열 활성 지연 형광 재료로 기능하지 않았다고 생각된다.
또한, 발광 파장도 실시예 1 내지 5는 비교예 1 내지 4에 비해 심청색 발광을 나타내고 있는 바, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤테로환 화합물은 고효율의 심청색 발광 열 활성 지연 형광 재료로도 유용함을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 유기 전계 발광 소자 EL1: 제1 전극
HTR: 정공 수송 영역 HIL: 정공 주입층
HTL: 전자 수송층 EML: 발광층
ETR: 전자 수송 영역 ETL: 전자 수송층
EIL: 전자 주입층 EL2: 제2 전극

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1로 표시되고, 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 헤테로환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00059

    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00060

    상기 화학식 2에서,
    X는 CY1Y2, SiY3Y4, NY5, O 또는 S이며,
    Y1 내지 Y5 및 R12 내지 R19는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Y1와 Y2 및 Y3와 Y4는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 2-1] [화학식 2-2]
    Figure pat00061
    Figure pat00062

    [화학식 2-3]
    Figure pat00063

    상기 화학식 2-1에서,
    Z는 CY1Y2, NY5, O 또는 S이며,
    상기 화학식 2-3에서,
    R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며, R28 및 R29는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있고,
    상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서,
    R12 내지 R19, 및 Y1 내지 Y5는 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  3. 제1항에 있어서,
    R1, R4 및 R5 중 어느 하나가 상기 화학식 2로 표시되는 것인 헤테로환 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00064

    상기 화학식 1-1에서, R1은 상기 화학식 2로 표시된다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-2로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 1-2]
    Figure pat00065

    상기 화학식 1-2에서, R4는 상기 화학식 2로 표시된다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-3으로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 1-3]
    Figure pat00066

    상기 화학식 1-3에서, R5는 상기 화학식 2로 표시된다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-4 내지 화학식 2-7 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 2-4] [화학식 2-5]
    Figure pat00067
    Figure pat00068

    [화학식 2-6] [화학식 2-7]
    Figure pat00069
    Figure pat00070

    상기 화학식 2-4 내지 2-7에서,
    X1은 C 또는 Si이고,
    X2는 O 또는 S이며,
    Z1은 직접 결합(direct linkage), O 또는 S이고,
    R12 내지 R19는 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-8 내지 화학식 2-10 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    [화학식 2-8]
    Figure pat00071

    [화학식 2-9]
    Figure pat00072

    [화학식 2-10]
    Figure pat00073

    상기 화학식 2-8 내지 화학식 2-10에서,
    Z2는 직접 결합(direct linkage), O 또는 S이고,
    R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며,
    R12 내지 R19는 청구항 1에서 정의한 바와 동일하다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것인 헤테로환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00074

    Figure pat00075

    Figure pat00076
    .
  10. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 2에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것인 헤테로환 화합물:
    [화합물군 2]
    Figure pat00077

    Figure pat00078
    .
  11. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 3에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것인 헤테로환 화합물:
    [화합물군 3]
    Figure pat00079
    .
  12. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 제공된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상에 제공된 발광층;
    상기 발광층 상에 제공된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상에 제공된 제2 전극을 포함하고,
    상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되고, 일중항(singlet) 에너지 준위 및 삼중항(triplet) 에너지 준위 차이의 절대 값이 0.2eV 이하인 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00080

    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, R1 내지 R11 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00081

    상기 화학식 2에서,
    X는 CY1Y2, SiY3Y4, NY5, O 또는 S이며,
    Y1 내지 Y5 및 R12 내지 R19는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    Y1와 Y2 및 Y3와 Y4는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은
    열 활성 지연 형광 발광용 재료인 것인 유기 전계 발광 소자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1] [화학식 2-2]
    Figure pat00082
    Figure pat00083

    [화학식 2-3]
    Figure pat00084

    상기 화학식 2-1에서,
    Z는 CY1Y2, NY5, O 또는 S이며,
    상기 화학식 2-3에서,
    R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며, R28 및 R29는 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수 있고,
    상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서,
    R12 내지 R19, 및 Y1 내지 Y5는 청구항 12에서 정의한 바와 동일하다.
  15. 제12항에 있어서,
    R1, R4 및 R5 중 어느 하나가 상기 화학식 2로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00085

    상기 화학식 1-1에서, R1은 상기 화학식 2로 표시된다.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-2로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-2]
    Figure pat00086

    상기 화학식 1-2에서, R4는 상기 화학식 2로 표시된다.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-3으로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-3]
    Figure pat00087

    상기 화학식 1-3에서, R5는 상기 화학식 2로 표시된다.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-4 내지 화학식 2-10 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-4] [화학식 2-5]
    Figure pat00088
    Figure pat00089

    [화학식 2-6] [화학식 2-7]
    Figure pat00090
    Figure pat00091

    [화학식 2-8]
    Figure pat00092

    [화학식 2-9]
    Figure pat00093

    [화학식 2-10]
    Figure pat00094

    상기 화학식 2-4 내지 2-10에서,
    X1은 C 또는 Si이고,
    X2는 O 또는 S이며,
    Z1 및 Z2는 직접 결합(direct linkage), O 또는 S이고,
    R20 내지 R29의 정의는 R12 내지 R19의 정의와 동일하며,
    R12 내지 R19는 청구항 12에서 정의한 바와 동일하다.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물군 1 내지 3에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00095

    Figure pat00096

    Figure pat00097

    [화합물군 2]
    Figure pat00098

    Figure pat00099

    [화합물군 3]
    Figure pat00100
    .
KR1020170060153A 2017-05-15 2017-05-15 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 KR102376873B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170060153A KR102376873B1 (ko) 2017-05-15 2017-05-15 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
US15/941,061 US10862050B2 (en) 2017-05-15 2018-03-30 Heterocyclic compound and organic electroluminescence device including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170060153A KR102376873B1 (ko) 2017-05-15 2017-05-15 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180125675A true KR20180125675A (ko) 2018-11-26
KR102376873B1 KR102376873B1 (ko) 2022-03-22

Family

ID=64095805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170060153A KR102376873B1 (ko) 2017-05-15 2017-05-15 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10862050B2 (ko)
KR (1) KR102376873B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111848620A (zh) * 2019-04-30 2020-10-30 江西冠能光电材料有限公司 一种有机发光化合物及其有机发光器件应用
CN110483564B (zh) * 2019-08-13 2022-02-01 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 有机化合物及其应用、有机发光二极管电致发光器件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160045570A (ko) * 2014-10-17 2016-04-27 엘지디스플레이 주식회사 지연 형광 화합물, 이를 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치
KR20160045572A (ko) * 2014-10-17 2016-04-27 엘지디스플레이 주식회사 지연 형광 화합물, 이를 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치
US20160260908A1 (en) * 2015-03-05 2016-09-08 Univeral Display Corporation Organic electroluminescent materials and devices
KR20170103358A (ko) * 2016-03-04 2017-09-13 성균관대학교산학협력단 지연형광 재료 및 이를 포함하는 유기 발광장치

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010005697A1 (de) 2010-01-25 2011-07-28 Merck Patent GmbH, 64293 Verbindungen für elektronische Vorrichtungen
KR101555816B1 (ko) 2013-06-28 2015-09-25 주식회사 이엘엠 유기 전기 발광 조성물 및 이를 포함하는 유기 전기 발광 소자
EP3120396B1 (de) 2014-03-18 2021-06-02 Merck Patent GmbH Organische elektrolumineszenzvorrichtung
KR102250187B1 (ko) 2014-05-15 2021-05-10 삼성전자주식회사 축합환 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자
KR20160026101A (ko) * 2014-08-29 2016-03-09 숭실대학교산학협력단 비밀키 업데이트 시스템 및 방법
EP3009494B1 (en) 2014-10-17 2017-07-12 LG Display Co., Ltd. Delayed fluorescence compound, and organic light emitting diode and display device using the same
KR102503744B1 (ko) 2014-10-17 2023-02-24 엘지디스플레이 주식회사 지연 형광 화합물, 이를 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치
US20160293854A1 (en) 2015-04-06 2016-10-06 Universal Display Corporation Organic Electroluminescent Materials and Devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160045570A (ko) * 2014-10-17 2016-04-27 엘지디스플레이 주식회사 지연 형광 화합물, 이를 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치
KR20160045572A (ko) * 2014-10-17 2016-04-27 엘지디스플레이 주식회사 지연 형광 화합물, 이를 포함하는 유기발광다이오드소자 및 표시장치
US20160260908A1 (en) * 2015-03-05 2016-09-08 Univeral Display Corporation Organic electroluminescent materials and devices
KR20170103358A (ko) * 2016-03-04 2017-09-13 성균관대학교산학협력단 지연형광 재료 및 이를 포함하는 유기 발광장치

Also Published As

Publication number Publication date
US10862050B2 (en) 2020-12-08
US20180331303A1 (en) 2018-11-15
KR102376873B1 (ko) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200071192A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물
KR20170113975A (ko) 유기 전계 발광 소자
KR20200087906A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물
KR20180007727A (ko) 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR102567881B1 (ko) 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20180085860A (ko) 유기 전계 발광 소자
KR20180015794A (ko) 방향족 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20180062561A (ko) 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20180054963A (ko) 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20180037645A (ko) 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20200094262A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물
KR20180055998A (ko) 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20200107028A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물
KR20190058405A (ko) 광 흡수제 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20200071193A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물
KR20200074352A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 스피로 화합물
KR20180045924A (ko) 모노아민 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20210076297A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합 다환 화합물
KR20180063426A (ko) 방향족 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR102400585B1 (ko) 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR102405140B1 (ko) 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20190012306A (ko) 열 활성 지연 형광용 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR102376873B1 (ko) 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR102485831B1 (ko) 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR102405134B1 (ko) 함질소 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant