KR20190021845A - Ortho-Donor-Appended triarylboron emitter and organic light emitting diode using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 오르토 주개가 도입된 트리아릴보론 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a triarylboron compound into which an ortho-ortho ring is introduced and an organic light-emitting device using the triarylboron compound.
유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)는 유기 물질로 이루어진 박막에 전압을 가하면 유기 물질 스스로 발광을 하여, 다양한 색상의 문자나 영상을 구현할 수 있는 디스플레이로서, LCD에 비해 자체 발광형, 초박형(LCD의 1/3), 빠른 응답속도(LCD의 1000배), 낮은 소비전력(LCD의 1/2), 고선명도 및 유연성의 특징을 나타내므로 스마트폰, 테블릿, 노트북, 벽걸이 TV용 디스플레이로 각광받고 있다.Organic light emitting diodes (OLEDs) are organic light emitting diodes (OLEDs) that emit light by itself when a voltage is applied to a thin film made of an organic material, (1 / 3th of LCD), fast response speed (1000 times of LCD), low power consumption (1/2 of LCD), high definition and flexibility, so it can be used as a display for smart phones, Be in the spotlight.
상기 OLED는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.The OLED is a self-light emitting type device having a wide viewing angle, excellent contrast, fast response time, excellent luminance, driving voltage and response speed characteristics, and multi-coloring.
일반적인 OLED는 음극 및 양극과, 상기 음극 및 양극 사이에 개재된 유기층을 포함할 수 있다. 상기 유기층은, 전공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층 등을 포함할 수 있다. 상기 음극 및 양극 간에 전압을 인가하면, 양극부터 주입된 정공은 정공 수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 음극으로부터 주입된 전자는 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하는데, 이 엑시톤이 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.A typical OLED can include a cathode and an anode, and an organic layer interposed between the cathode and the anode. The organic layer may include an electron injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer. When a voltage is applied between the cathode and the anode, holes injected from the anode migrate to the light emitting layer via the hole transporting layer, and electrons injected from the cathode migrate to the light emitting layer via the electron transporting layer. Carriers such as holes and electrons recombine in the light emitting layer region to generate an exciton, which is converted to a ground state and light is generated.
일반적으로 OLED 구동 시 생성되는 여기자(exiton)는 확률적으로 단일항 상태(singlet state)가 25%, 삼중항 상태(triplet state)가 75%로 생성되며, 형광 발광 재료의 경우 단일항 상태의 25%의 여기자에 의한 발광만 생성되어 내부양자효율이 최대 25% 수준에 머무르게 된다. 이러한 특성을 개선하기 위해 삼중항 에너지를 이용할 수 있는 이리듐 또는 백금 착물을 이용하고 있으며, 우수한 양자효율 특성을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 이러한 재료들은 고가이며, 특히 청색 발광 재료의 불안정성에 기인하여 그 응용에 한계가 있다.Generally, the excitation (exiton) generated when the OLED is driven has a singlet state of 25% and a triplet state of 75%, and in the case of a fluorescent material, a single state of 25 % Of the exciton is generated, and the internal quantum efficiency remains at a maximum of 25%. In order to improve these properties, it is known that trivalent energy-capable iridium or platinum complexes are used and possess excellent quantum efficiency characteristics. However, these materials are expensive, and their application is limited due to the instability of the blue light emitting material.
이러한 점을 해결하기 위해, 최근 열활성 지연형광(Thermally activated delayed fluorescence, TADF) 유기 재료가 개발되고 있다. 이러한 열활성 지연형광 유기 재료는 상온 또는 소자 구동온도에 해당하는 열에 의해 삼중항 상태를 단일항 상태로 전이시켜 이론적으로는 100%의 양자효율을 나타낼 수 있는 것으로 보고되고 있다.In order to solve this problem, recently, thermally activated delayed fluorescence (TADF) organic materials have been developed. It has been reported that the thermally activated delayed fluorescent organic material can transfer quantum efficiency of 100% theoretically by transferring the triplet state to the singlet state by heat corresponding to room temperature or device driving temperature.
삼중항 상태와 단일항 상태의 에너지 차이가 작을수록 역계간 전이(Reverse Intersystem Crossing, RISC)가 용이한데, 이는, 열활성 지연형광 물질의 주개(donor) 단위와 받개(acceptor) 단위의 뒤틀린 구조로 인한 입체 장애 효과를 통해 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)와 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)의 중첩을 조절하면서 구현할 수 있다. The smaller the energy difference between the triplet state and the singlet state, the easier it is for Reverse Intersystem Crossing (RISC), which is a twisted structure of a donor unit and an acceptor unit of thermally- (HOMO) and Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) by controlling the superposition of HOMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital).
따라서, 기존에 대부분의 열활성 지연형광 물질은, 주개 단위와 받개 단위 사이의 직각 구조를 유도하고, 주개 단위의 자유 회전을 제한하기 위해서 입체 장애가 있는(sterically hindered) 주개 단위를 도입한다.Thus, most thermally active delayed fluorescent materials conventionally introduce a sterically hindered donut unit to induce a perpendicular structure between the donor unit and the acceptor unit and to limit free rotation of the donor unit.
그러나, 기존에 대부분의 열활성 지연형광 물질은, 받개(acceptor) 단위의 파라(para) 위치에 주개(donor) 단위가 도입된 결합구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 물질은 실험적 및 이론적으로 주개 단위와 받개 단위 사이의 뒤틀린 구조로 보이나, 용액 상태에서 자유 회전을 하는 문제점이 있다. 이로 인해, 상기 받개(acceptor) 단위의 파라(para) 위치에 주개(donor) 단위가 도입된 물질은, 강한 분자내 전하 전이(intramolecular charge transfer, ICT)가 일어남에도 불구하고, 열활성 지연형광 효과가 약하거나 나타나지 않는 문제점이 있다.
However, most thermally active delayed fluorescent materials have a bonding structure in which donor units are introduced at the para position of the acceptor unit. The material of this structure is experimentally and theoretically seen as a twisted structure between the main unit and the receiving unit, but has a problem of free rotation in the solution state. Therefore, a substance in which a donor unit is introduced at the para position of the acceptor unit has a strong intracellular charge transfer (ICT) There is a problem in that it is weak or does not appear.
본 발명의 목적은, 우수한 열활성 지연형광 효과를 가지며, 고색순도, 고효율, 장수명 특성을 구현할 수 있는 트리아릴보론 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공하는데 있다.
It is an object of the present invention to provide a triarylboron compound having an excellent thermal activation delayed fluorescence effect and realizing high color purity, high efficiency and long life, and an organic light emitting device including the triarylboron compound.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 나타내는 주개가 도입된 트리아릴보론 화합물을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a triarylboron compound having a structure represented by the following general formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
은 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기를 나타내고, D와 B는 의 탄소 중에서 서로 인접하는 탄소에 각각 결합된 구조이며, Represents an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, and D and B represent Lt; / RTI > is bonded to carbon adjacent to each other in the carbon of the formula
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기를 나타내고,Ar 1 and Ar 2 each independently represent an aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an arylamine group having 6 to 20 carbon atoms,
상기, Ar1 및 Ar2의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환되며,remind , One or more of the hydrogens of Ar 1 and Ar 2 are each independently substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D는 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타내며,D is represented by the following formula (2) or (3)
[화학식 2](2)
[화학식 3](3)
상기 화학식 2 내지 3에서,In the
X는 단일결합, O, C(R5)(R6) 또는 N(R7)을 나타내고,X represents a single bond, O, C (R 5) (R 6) or N (R 7),
R1 내지 R7은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기를 나타낸다.
Each of R 1 to R 7 independently represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an arylamine group having 6 to 20 carbon atoms.
또한, 본 발명은 상기 트리아릴보론 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공하며, 상기 유기 발광 소자의 하나의 예로서,Also, the present invention provides an organic light emitting device comprising the triarylboron compound, wherein, as one example of the organic light emitting device,
양극, 음극 및 양 전극 사이의 유기층을 포함하고,An anode, a cathode, and an organic layer between both electrodes,
상기 유기층은 상기 트리아릴보론 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
And the organic layer includes the triarylboron compound.
본 발명에 따른 트리아릴보론 화합물은 보론에 결합된 아릴기 중 하나의 인접한 탄소 위치(오르토 위치)에 주개 단위를 도입시킨 구조를 가짐으로써, 열활성 지연형광을 나타내며, 상기 트리아릴보론 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 고색순도, 고효율, 장수명 특성을 구현할 수 있다.
The triarylboron compound according to the present invention has a structure in which a tridentate unit is introduced at an adjacent carbon position (ortho position) of one of the aryl groups bonded to boron, thereby exhibiting a thermally activated delayed fluorescence and containing the triarylboron compound The organic light emitting device can realize high color purity, high efficiency, and long life characteristics.
도 1 내지 3은 각각 본 발명에 따른 열활성 지연형광 유기 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 6은 각각 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 화합물의 1H NMR 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 2에서 제조된 화합물의 X선 결정 구조(X-ray crystal structures)를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 화합물의 톨루엔 내에서의 UV/Vis 흡수 스펙트럼 및 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 9는 용매에 혼합된 본 발명에 따른 화합물의 순간 PL 소멸 곡선을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 용액을 호스트 필름에 도핑한 후 측정한 순간 PL 소멸 곡선을 나타낸 것이다.
도 11은 비교예에 따른 화합물의 순간 PL 소멸 곡선을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 열활성 지연형광 유기 발광 소자의 구조와 각 소자에 대한 에너지 준위도를 나타낸 것이다.
도 13은 일실시예에 따른 열활성 지연형광 유기 발광 소자의 전기발광 방출 표색계, 전류 밀도-전압-발광 특성 및 외부 양자 효율-발광 특성을 나타낸 것이다.
도 14는 일실시예에 따른 열활성 지연형광 유기 발광 소자의 EL 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 15는 최대 외부 양자 효율에 대한 모의 결과 내지 실험 결과를 나타낸 것과1 to 3 are cross-sectional views showing the structure of a thermally activated delayed fluorescence organic light emitting device according to the present invention, respectively.
4 to 6 show the 1 H NMR measurement results of the compounds prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
FIG. 7 shows X-ray crystal structures of the compounds prepared in Example 1, Example 3 and Comparative Example 2. FIG.
FIG. 8 shows the UV / Vis absorption spectrum and the photoluminescence (PL) spectrum of the compounds prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 in toluene.
Figure 9 shows the instantaneous PL disappearance curve of a compound according to the invention in a solvent.
Fig. 10 shows the instantaneous PL decay curve measured after doping a solution containing a compound according to the present invention in a host film.
Fig. 11 shows the instantaneous disappearance curve of PL according to the comparative example.
FIG. 12 shows the structure of the thermal activation delayed fluorescence organic light emitting device according to the present invention and the energy level of each element.
FIG. 13 is a graph showing the electroluminescence emission coloring spectrum, the current density-voltage-luminescence characteristics, and the external quantum efficiency-luminescence characteristics of the thermally activated delayed fluorescence organic light emitting device according to one embodiment.
FIG. 14 shows an EL spectrum of a thermal activation delayed fluorescent organic light emitting device according to an embodiment.
15 shows simulation results or experimental results on the maximum external quantum efficiency
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the terms "comprising" or "having ", and the like, specify that the presence of a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
본 발명에서 "HOMO"란, 화합물 또는 착화합물이 갖는 분자 오비탈 에너지를 나타내는 용어로서 전자가 찬 오비탈 중에서 에너지 준위가 가장 높은 오비탈(Highest Occupied Molecular Obital)을 의미하며, 이와 반대로, 전자가 차지 않은 오비탈 중 에너지 준위가 가장 낮은 오비탈(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)을 "LUMO"라 한다.
The term "HOMO" in the present invention means a molecular orbital energy possessed by a compound or a complex. As used herein, the term " HOMO " refers to a molecular orbital energy possessed by a compound or a complex. Lowest Unoccupied Molecular Orbital with the lowest energy level is called "LUMO".
이하, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
상기 OLED는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.The OLED is a self-light emitting type device having a wide viewing angle, excellent contrast, fast response time, excellent luminance, driving voltage and response speed characteristics, and multi-coloring.
일반적인 OLED는 음극 및 양극과, 상기 음극 및 양극 사이에 개재된 유기층을 포함할 수 있다. 상기 유기층은, 전공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층 등을 포함할 수 있다. 상기 음극 및 양극 간에 전압을 인가하면, 양극부터 주입된 정공은 정공 수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 음극으로부터 주입된 전자는 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 여기자(exiton)를 생성하는데, 이 엑시톤이 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.A typical OLED can include a cathode and an anode, and an organic layer interposed between the cathode and the anode. The organic layer may include an electron injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer. When a voltage is applied between the cathode and the anode, holes injected from the anode migrate to the light emitting layer via the hole transporting layer, and electrons injected from the cathode migrate to the light emitting layer via the electron transporting layer. Carriers such as holes and electrons recombine in the light emitting layer region to generate an exciton, which is converted to a ground state and light is generated.
일반적으로 OLED 구동 시 생성되는 여기자(exiton)는 확률적으로 단일항 상태(singlet state)가 25%, 삼중항 상태(triplet state)가 75%로 생성되며, 형광 발광 재료의 경우 단일항 상태의 25%의 여기자에 의한 발광만 생성되어 내부양자효율이 최대 25% 수준에 머무르게 된다. 이러한 특성을 개선하기 위해 삼중항 에너지를 이용할 수 있는 이리듐 또는 백금 착물을 이용하고 있으며, 우수한 양자효율 특성을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 이러한 재료들은 고가이며, 특히 청색 발광 재료의 불안정성에 기인하여 그 응용에 한계가 있다.Generally, the excitation (exiton) generated when the OLED is driven has a singlet state of 25% and a triplet state of 75%, and in the case of a fluorescent material, a single state of 25 % Of the exciton is generated, and the internal quantum efficiency remains at a maximum of 25%. In order to improve these properties, it is known that trivalent energy-capable iridium or platinum complexes are used and possess excellent quantum efficiency characteristics. However, these materials are expensive, and their application is limited due to the instability of the blue light emitting material.
이러한 점을 해결하기 위해, 최근 열활성 지연형광(Thermally activated delayed fluorescence, TADF) 유기 재료가 개발되고 있다. 이러한 열활성 지연형광 유기 재료는 상온 또는 소자 구동온도에 해당하는 열에 의해 삼중항 상태를 단일항 상태로 전이시켜 이론적으로는 100%의 양자효율을 나타낼 수 있는 것으로 보고되고 있다.In order to solve this problem, recently, thermally activated delayed fluorescence (TADF) organic materials have been developed. It has been reported that the thermally activated delayed fluorescent organic material can transfer quantum efficiency of 100% theoretically by transferring the triplet state to the singlet state by heat corresponding to room temperature or device driving temperature.
삼중항 상태와 단일항 상태의 에너지 차이가 작을수록 역계간 전이(Reverse Intersystem Crossing, RISC)가 용이한데, 이는, 열활성 지연형광 물질의 주개(donor) 단위와 받개(acceptor) 단위의 뒤틀린 구조로 인한 입체 장애 효과를 통해 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)와 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)의 중첩을 조절하면서 구현할 수 있다. The smaller the energy difference between the triplet state and the singlet state, the easier it is for Reverse Intersystem Crossing (RISC), which is a twisted structure of a donor unit and an acceptor unit of thermally- (HOMO) and Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) by controlling the superposition of HOMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital).
따라서, 기존에 대부분의 열활성 지연형광 물질은, 주개 단위와 받개 단위 사이의 직각 구조를 유도하고, 주개 단위의 자유 회전을 제한하기 위해서 입체 장애가 있는(sterically hindered) 주개 단위를 도입한다.Thus, most thermally active delayed fluorescent materials conventionally introduce a sterically hindered donut unit to induce a perpendicular structure between the donor unit and the acceptor unit and to limit free rotation of the donor unit.
그러나, 기존에 대부분의 열활성 지연형광 물질은, 받개(acceptor) 단위의 파라(para) 위치에 주개(donor) 단위가 도입된 결합구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 물질은 실험적 및 이론적으로 주개 단위와 받개 단위 사이의 뒤틀린 구조로 보이나, 용액 상태에서 자유 회전을 하는 문제점이 있다. 이로 인해, 상기 받개(acceptor) 단위의 파라(para) 위치에 주개(donor) 단위가 도입된 물질은, 강한 분자내 전하 전이(intramolecular charge transfer, ICT)가 일어남에도 불구하고, 열활성 지연형광 효과가 약하거나 나타나지 않는 문제점이 있었다.However, most thermally active delayed fluorescent materials have a bonding structure in which donor units are introduced at the para position of the acceptor unit. The material of this structure is experimentally and theoretically seen as a twisted structure between the main unit and the receiving unit, but has a problem of free rotation in the solution state. Therefore, a substance in which a donor unit is introduced at the para position of the acceptor unit has a strong intracellular charge transfer (ICT) There is a problem in that it is weak or does not appear.
이에 본 발명의 트리아릴보론 화합물은 보론에 결합된 아릴기 중 하나의 인접한 탄소 위치(오르토 위치)에 주개 단위를 도입시킨 구조를 가짐으로써, 열활성 지연형광을 나타내는 트리아릴보론 화합물을 제공하고, 상기 트리아릴보론 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 고색순도, 고효율, 장수명 특성을 구현할 수 있다.
Thus, the triarylboron compound of the present invention has a structure in which a tridentate unit is introduced at an adjacent carbon position (ortho position) of one of the aryl groups bonded to boron, thereby providing a triarylboron compound exhibiting thermally- The organic light emitting device including the triarylboron compound can realize high color purity, high efficiency, and long life.
구체적으로, 본 발명에 따른 트리아릴보론 화합물은, 하기 화학식 1로 나타내는 주개 단위(donor group)가 도입된 트리아릴보론 화합물일 수 있다. Specifically, the triarylboron compound according to the present invention may be a triarylboron compound into which a donor group represented by the following general formula (1) is introduced.
본 발명에 따른 트리아릴보론 화합물은 상기와 같은 구조적 특징으로 통해 입체입체 장애 효과를 통해 HOMO와 LUMO의 중첩을 조절할 수 있고, 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차이를 줄여 지연형광 효과를 구현할 수 있다.The triarylboron compound according to the present invention can control the superposition of HOMO and LUMO through the effect of the steric hindrance through the above-mentioned structural features, and can realize the delayed fluorescence effect by reducing the difference between single-energy and triplet energy .
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
은 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기를 나타내고, D와 B는 의 탄소 중에서 서로 인접하는 탄소에 각각 결합된 구조이며, Represents an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, and D and B represent Lt; / RTI > is bonded to carbon adjacent to each other in the carbon of the formula
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기를 나타내고,Ar 1 and Ar 2 each independently represent an aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an arylamine group having 6 to 20 carbon atoms,
상기, Ar1 및 Ar2의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환되며,remind , One or more of the hydrogens of Ar 1 and Ar 2 are each independently substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D는 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타내며,D is represented by the following formula (2) or (3)
[화학식 2](2)
[화학식 3](3)
상기 화학식 2 내지 3에서,In the
X는 단일결합, O, C(R5)(R6) 또는 N(R7)을 나타내고,X represents a single bond, O, C (R 5) (R 6) or N (R 7),
R1 내지 R7은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기를 나타낸다.Each of R 1 to R 7 independently represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an arylamine group having 6 to 20 carbon atoms.
본 발명에서 "알킬기"는 직쇄(linear) 또는 분지(branched) 상 포화탄화수소로부터 유도된 작용기로 정의된다.In the present invention, the term "alkyl group" is defined as a functional group derived from a linear or branched saturated hydrocarbon.
상기 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기(methyl group), 에틸기(ethyl group), n-프로필기(n-propyl group), 이소프로필기(iso-propyl group), n-부틸기(n-butyl group), sec-부틸기(sec-butyl group), t-부틸기(tert-butyl group), n-펜틸기(n-pentyl group), 1,1-디메틸프로필기(1,1-dimethylpropyl group), 1,2-디메틸프로필기, 2,2-디메틸프로필기, 1-에틸프로필기, 2-에틸프로필기, n-헥실기, 1-메틸-2-에틸프로필기, 1-에틸-2-메틸프로필기, 1,1,2-트리메틸프로필기, 1-프로필프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 1,1-디메틸부틸기, 1,2-디메틸부틸기, 2,2-디메틸부틸기, 1,3-디메틸부틸기, 2,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, a 1,1-dimethylpropyl group, , 2-dimethylpropyl group, 2,2-dimethylpropyl group, 1-ethylpropyl group, 2-ethylpropyl group, n-hexyl group, Methylpropyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 1,2-dimethylbutyl group, 2,2- Dimethylbutyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 2,3-dimethylbutyl group, 2-ethylbutyl group, 2-methylpentyl group and 3-methylpentyl group.
본 발명에서, "아릴기"는 방향족 탄화수소로부터 유도된 1가의 치환기로 정의된다.In the present invention, the "aryl group" is defined as a monovalent substituent derived from an aromatic hydrocarbon.
상기 아릴기의 구체적인 예로서는, 페닐기(phenyl group), 나프틸기(naphthyl group), 안트라세닐기(anthracenyl group), 나프타세닐기(naphthacenyl group), 피레닐기(pyrenyl group), 톨릴기(tolyl group), 바이페닐기(biphenyl group), 터페닐기(terphenyl group), 크리세닐기(chrycenyl group), 스피로바이플루오레닐기(spirobifluorenyl group), 플루오란테닐기(fluoranthenyl group), 플루오레닐기(fluorenyl group), 페릴레닐기(perylenyl group), 인데닐기(indenyl group), 아줄레닐기(azulenyl group), 헵타레닐기(heptalenyl group), 페날레닐기(phenalenyl group), 페난트레닐기(phenanthrenyl group) 등을 들 수 있다.Specific examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, a naphthacenyl group, a pyrenyl group, a tolyl group, A biphenyl group, a terphenyl group, a chrycenyl group, a spirobifluorenyl group, a fluoranthenyl group, a fluorenyl group, a phenanthrene group, Examples thereof include a perylenyl group, an indenyl group, an azulenyl group, a heptalenyl group, a phenalenyl group, and a phenanthrenyl group .
또한, "아릴렌기"는 상기에서 설명한 아릴기로부터 유도된 2가의 치환기를 의미할 수 있다.The "arylene group" may mean a divalent substituent derived from the above-described aryl group.
본 발명에서 "아릴아민기"는 상술한 아릴기가 결합된 아민기일 수 있다.
In the present invention, the "arylamine group" may be an amine group to which the above-mentioned aryl group is bonded.
하나의 예로서, 상기 화학식 1로 나타내는 트리아릴보론 화합물에 있어서,As an example, in the triarylboron compound represented by the above formula (1)
은 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기를 나타내고, Represents an arylene group having 6 to 12 carbon atoms,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 20의 아릴기를 나타내고,Ar 1 and Ar 2 each independently represent an aryl group having 6 to 20 carbon atoms,
상기, Ar1 및 Ar2의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환되며,remind , One or more of the hydrogens of Ar 1 and Ar 2 are each independently substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D는 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타내며,D is represented by the following formula (2) or (3)
[화학식 2](2)
[화학식 3](3)
상기 화학식 2 내지 3에서,In the
X는 단일결합, O, C(R5)(R6) 또는 N(R7)을 나타내고,X represents a single bond, O, C (R 5) (R 6) or N (R 7),
R1 내지 R7은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴아민기를 나타낼 수 있다.
R 1 to R 7 each independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an arylamine group having 6 to 12 carbon atoms.
다른 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 나타내는 트리아릴보론 화합물은 하기 화학식 4로 나타낼 수 있다.As another example, the triarylboron compound represented by the formula (1) may be represented by the following formula (4).
[화학식 4][Chemical Formula 4]
상기 화학식 4에서,In Formula 4,
는 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기를 나타내고, Represents an arylene group having 6 to 12 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D는 하기 화학식 5 내지 화학식 11 중 어느 하나로 나타낸다.D is represented by any one of the following formulas (5) to (11).
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical Formula 6]
[화학식 7](7)
[화학식 8][Chemical Formula 8]
[화학식 9][Chemical Formula 9]
[화학식 10][Chemical formula 10]
[화학식 11](11)
또 다른 하나의 예로서, As yet another example,
상기 화학식 4로 나타내는 트리아릴보론 화합물에 있어서,In the triarylboron compound represented by the general formula (4)
는 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기를 나타내고, Represents an arylene group having 6 to 12 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D는 하기 화학식 5, 화학식 7 또는 화학식 10으로 나타낼 수 있다.D can be represented by the following general formula (5), (7) or (10).
[화학식 5] [Chemical Formula 5]
[화학식 7](7)
[화학식 10][Chemical formula 10]
본 발명에 따른 트리아릴보론 화합물은, 상기와 같이, D와 B가 의 탄소 중에서 서로 인접(오르토 위치)하는 탄소에 각각 결합된 구조를 가짐으로써, 두 단위 간의 자유 회전을 방지하고, 열활성 지연형광을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 트리아릴보론 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 고색순도, 고효율 및 장수명 특성을 구현할 수 있다.
The triarylboron compound according to the present invention is characterized in that D and B (Ortho-positioned) to each other in the carbon atoms of the carbon atoms, thereby preventing free rotation between the two units and exhibiting thermally-activated delayed fluorescence. In addition, the organic light emitting device including the triarylboron compound can realize high color purity, high efficiency, and long life time characteristics.
상기 트리아릴보론 화합물의 일중항 상태와 삼중항 상태의 에너지 차이는 0.001 내지 0.3 eV 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 트리아릴보론 화합물의 일중항 상태와 삼중항 상태의 에너지 차이는 0.005 내지 0.3 eV, 0.01 내지 0.3 eV 또는 0.01 내지 0.2 eV 범위일 수 있다.The energy difference between singlet state and triplet state of the triarylboron compound may range from 0.001 to 0.3 eV. For example, the energy difference between singlet state and triplet state of the triarylboron compound may range from 0.005 to 0.3 eV, from 0.01 to 0.3 eV, or from 0.01 to 0.2 eV.
본 발명에 따른 트리아릴보론 화합물은 보론에 결합된 아릴기 중 하나의 인접한 탄소 위치(오르토 위치)에 주개 단위를 도입시킨 구조를 통해 일중항 상태와 삼중항 상태의 에너지 차이를 0.001 내지 0.3 eV 범위로 제어하였으며, 일중항 상태와 삼중항 상태의 에너지 차이를 상기 범위로 감소시킴으로써, 상온 또는 소자 동작온도에서의 열에 의해 삼중항 여기 상태가 단일항 여기 상태로 역계간 전이를 통해 쉽게 전이될 수 있으며, 이로 인해 지연 형광이 나타날 수 있다.The triarylboron compound according to the present invention has a structure in which a tridentate unit is introduced at an adjacent carbon position (ortho position) of one of the aryl groups bonded to boron to change the energy difference between the singlet state and the triplet state in the range of 0.001 to 0.3 eV By reducing the energy difference between the singlet state and the triplet state to the above range, the triplet excited state can be easily transferred to the singlet excited state through the inverse phase transition by heat at room temperature or at the element operating temperature , Which may result in delayed fluorescence.
또한, 현재 개발된 열활성 지연형광 유기재료의 실제 양자효율은 이론 양자효율과의 차이가 매우 커서 여전히 개선되어야 하는 것으로 알려져 있다.It is also known that the actual quantum efficiency of currently developed thermally activated retarded fluorescent organic materials is still very different from the theoretical quantum efficiency and still needs to be improved.
이에, 본 발명은 일중항 상태와 삼중항 상태의 에너지 차이를 0.001 내지 0.3 eV 범위로 제어하여, 삼중항 상태에서 단일항 상태로 더욱 효율적으로 전이가 가능함에 따라 실제 양자효율을 개선할 수 있는 열활성 지연형광 재료 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
Accordingly, the present invention controls the energy difference between the singlet state and the triplet state in the range of 0.001 to 0.3 eV, so that the transition from the triplet state to the singlet state can be performed more efficiently, An active retardation fluorescent material and an organic light emitting device including the same can be provided.
상기 트리아릴보론 화합물에 있어서 D를 이루는 편면(plane)(D면)은 를 이루는 편면(plane)(면)과 이면각(dihedral angle)이 70 내지 90° 범위일 수 있다. The plane (D plane) constituting D in the triarylboron compound is represented by The plane ( Plane and the dihedral angle may range from 70 to 90 degrees.
구체적으로, 상기 트리아릴보론 화합물에 있어서, D면과 의 Ar1면 또는 Ar2면은 서로 평행하여, 상호간의 입체 장애(mutual steric hindrance)를 피할 수 있다. 이러한 구조를 유지하기 위해서는 D면은 면과 거의 직각 구조를 가져야 하며, 예를 들어, D면과 면의 이면각(dihedral angle)은 70 내지 90° 범위여야 한다. 예를 들어, D면은 면과 이면각(dihedral angle)이 75 내지 85°또는 75 내지 80°범위일 수 있다.
Specifically, in the above triarylboron compound, The Ar 1 side or the Ar 2 side of the substrate is parallel to each other and mutual steric hindrance can be avoided. In order to maintain this structure, It should have a nearly right-angled structure with the plane, for example, The dihedral angle of the face should be in the range of 70 to 90 degrees. For example, the D side The plane and dihedral angles may range from 75 to 85 degrees or from 75 to 80 degrees.
또한, 본 발명은 일실시예에서,In addition, the present invention, in one embodiment,
양극, 음극 및 양 전극 사이의 유기층을 포함하고,An anode, a cathode, and an organic layer between both electrodes,
상기 유기층은 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.Wherein the organic layer comprises the compound represented by Formula 1. < EMI ID = 1.0 >
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 유기 물질로 이루어진 박막에 전압을 가하면 유기 물질 스스로 발광을 하여, 다양한 색상의 문자나 영상을 구현할 수 있는 디스플레이일 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 발광 소자는 열활성 지연형광 유기 발광 소자(TADF-OLEDs)일 수 있다.The organic light emitting device according to the present invention may be a display that emits light by itself when a voltage is applied to a thin film made of an organic material to realize characters or images of various colors. Specifically, the organic light emitting diode may be a thermal activation delayed fluorescent organic light emitting diode (TADF-OLEDs).
또한, 상기 양극 및 음극은 전기 전도성이 우수한 물질로서 투명 전극 또는 불투명(반사) 전극을 사용할 수 있다. 예를 들어, 투명 전극인 경우, 양극 및 음극은 각각 유리(glass), 인듐 틴 옥사이드 (indium tin oxide, ITO), 산화주석(SnO2) 등을 포함하는 할 수 있으며, 단층 또는 glass/ITO과 같은 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 또한, 불투명(반사) 전극인 경우, 양극 및 음극은 니켈, 마그네슘, 칼슘, 은, 알루미늄, 인듐 등의 금속 또는 이들 중 2 이상의 금속을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 불투명 전극은 단층 구조 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다.In addition, the anode and the cathode may be transparent or opaque (reflective) electrodes as a material having excellent electrical conductivity. For example, in the case of a transparent electrode, the anode and the cathode may each comprise glass, indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), and the like. Layer structure of two or more layers. In the case of an opaque (reflective) electrode, the positive electrode and the negative electrode may include a metal such as nickel, magnesium, calcium, silver, aluminum, indium, or an alloy containing two or more of these metals. In addition, the opaque electrode may have a single-layer structure or a multi-layer structure of two or more layers.
나아가, 상기 유기층은 발광층으로서, 본 발명에 따른 화학식 1로 나타내는 화합물을 도펀트 물질로 포함할 수 있고, 단층 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 이와 더불어, 상기 유기층은 도펀트와 함께 호스트(host) 물질을 함께 사용할 수 있으며 저분자계 또는 고분자계 호스트가 사용 가능하다. 상기 저분자계 호스트로는 9,9'-(1,1'-바이페닐)-4,4'-디일비스-9H-카바졸(CBP)와 9,9'-(1,3-페닐렌)비스-9H-카바졸(mCP) 등이 있으며 상기 고분자계 호스트로는 폴리노보넨-CBP(PNB CBP), 폴리노보넨-mCP(PNB-mCP), 및 폴리-(N-비닐카바졸)(PVCz):PBD(또는 OXD-7) 등이 있다.Further, the organic layer may include a compound represented by the formula (1) according to the present invention as a dopant material, and may have a single layer or a multilayer structure of two or more layers. In addition, the organic layer may use a host material together with a dopant, and a low molecular weight or high molecular weight host may be used. Examples of the low molecular weight host include 9,9 '- (1,1'-biphenyl) -4,4'-diyl bis-9H-carbazole (CBP) and 9,9' (PNB-mCP), and poly- (N-vinylcarbazole) (hereinafter, referred to as " poly- PVCz): PBD (or OXD-7).
일반적으로, 단일의 발광층으로만 이루어진 단층형 소자보다는 발광층과 전하 수송층이 조합된 다층형 소자가 우수한 소자 특성을 나타내며, 이는 발광 물질과 전하 수송 재료가 적절하게 조합됨으로써 전극으로부터 전하가 주입될 때 에너지 장벽이 감소되고, 전하 수송층이 전극으로부터 주입된 정공 또는 전자를 발광층 영역에 속박시킴으로써 주입된 정공과 전자의 수밀도가 균형을 이루도록 해주기 때문이다. 특히, 유기 발광 소자의 경우에는 화합물의 발광 지속 기간(emission duration)이 길기 때문에 효율을 증가시키기 위해서는 발광층에 정공을 가두어 오랫동안 정공이 발광층에 머물게 함으로써, 우수한 발광 특성을 구현할 수 있다.Generally, a multilayered device in which a light emitting layer and a charge transport layer are combined, exhibits excellent device characteristics, rather than a single-layered device composed of only a single light emitting layer. This is because an appropriate combination of a light emitting material and a charge transporting material, The barrier is reduced, and the charge transport layer confines the holes or electrons injected from the electrodes to the light emitting layer region, so that the number density of injected holes and electrons is balanced. Particularly, in the case of an organic light emitting device, since the emission duration of a compound is long, holes are confined in the light emitting layer to stay in the light emitting layer for a long time in order to increase the efficiency.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 유기 발광 소자(100)가 양극(110), 제1 전하 수송층(120), 발광층(130), 제2 전하 수송층(140), 및 음극(150)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있고, 상기 발광층(130)에는 상기 화학식 1로 나타내는 화합물이 도펀트 물질로서 포함될 수 있으며, 발광 효율 및 수명 등의 소자 특성을 향상시키기 위해 상기 제1 전하 수송층(120)과 상기 제2 전하 수송층(140)이 각각, 정공 주입층(121) 및/또는 정공수송층(122)과 전자 수송층(141) 및/또는 전자 주입층(142)을 포함할 수 있다.1 and 2, when the organic
상기 정공 주입층(121)은, 예를 들면, PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene) 또는 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine, CuPc) 등을 포함하는 통상적인 정공 주입층으로 삽입될 수 있고, 상기 전자 주입층(142)은, 예를 들면, LiF을 포함하는 통상적인 전자 주입층으로 삽입될 수 있다.The
상기 정공 수송층(122)은 통상적인 정공 수송 물질, 예를 들면, 1,1-비스[(디-4-톨리아미노)페닐]시클로헥산(TAPC), 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아민]비페닐(α-NPD), N,N-디페닐-N,N-비스(3-메틸페닐)-1,1-비페닐-4,4-디아민(TPD) 및 폴리-(N-비닐카바졸)(PVCz) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함할 수 있고, 필요에 따라 2층 이상이 적층된 다층 구조를 가질 수도 있다.The
상기 전자 수송층(전자 수송성 발광층)(141)은 통상적인 전자 수송물질, 예를 들면, (4,6-비스(3,5-디(피리딘-3-일)페닐)-2-메틸피리미딘(B3PyMPM), 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(Bphen) 또는 루브렌(rubrene) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함할 수 있고, 필요에 따라 2층 이상이 적층된 다층 구조를 가질 수도 있다.The electron transporting layer (electron transporting light emitting layer) 141 may be a conventional electron transporting material such as (4,6-bis (3,5-di (pyridin-3- yl) phenyl) -2- methylpyrimidine B3PyMPM), tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq3), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen) or rubrene, Layer structure in which two or more layers are stacked as required.
또한, 도 3을 참조하면, 상기 유기 발광 소자(100)가 상기 발광층(130)과 제1 전하 수송층, 구체적으로는 정공 수송층(122) 사이에 전자 차단층(170)을, 상기 발광층(130)과 제2 전하 수송층, 구체적으로는 전자 수송층(141) 사이에 정공 차단층(160)을 더 포함할 수도 있다.3, the organic
상기 전자 차단층(170)으로는 일반적으로 LUMO 값이 큰 물질을 사용하며 이리듐(Ⅲ) 트리스(1-페닐피라졸-N,C2')(Ir(ppz)3)이 적합하다. 또한, 상기 정공 차단층(160)은 5.5 내지 7.0 사이의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 값을 가지며 정공 수송 능력은 현저히 떨어지면서 전자 수송 능력이 우수한 물질, 예를 들면, 1,3,5-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸-2-일)벤젠(TPBi), 바쏘쿠프로인(Bathocuproine, BCP), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-t-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(TAZ), 비스(8-하이드록시-2-메틸퀴놀리나토)-알루미늄 바이페녹시드(BAlq) 등으로 이루어질 수 있다.As the
상기 양극, 음극, 발광층, 수송층, 주입층 및 차단층 등은 통상적인 증착 방법에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 화학식 1로 나타내는 화합물은 유기 발광 소자에 도펀트 물질로 포함되어 안정적인 발광을 나타내며, 우수한 외부 양자 효율(external quantum efficiency)과 전력 효율(power efficiency)을 나타내므로, 유기 발광 소자에 유용하게 이용될 수 있다.
The anode, the cathode, the light emitting layer, the transport layer, the injection layer, and the barrier layer may be formed by a conventional deposition method. At this time, the compound represented by Formula 1 is included as a dopant in the organic light emitting device and exhibits stable luminescence, and exhibits excellent external quantum efficiency and power efficiency. Therefore, .
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.
실시예Example 1: One: PXZPXZ oo BB 제조 Produce
[화학식 1a][Formula 1a]
100 mL의 쉬링크 플라스크(Schlenk Flask)를 이용하여 0℃에서 n-BuLi (0.3 mL, 0.75 mmol)에 10-(2-bromophenyl)-10H-phenoxazine(0.21 g, 0.62 mmol)과 드라이 에테르(dry ether) (50 mL)의 혼합물을 적가하였다. 그런 다음, 상기 혼합물은 0℃에서 1 시간 동안 교반하여 반응시켰고, 상기 혼합물에 dimesitylboron fluoride(Mes2BF) (0.17 g, 0.63 mmol)와 드라이 에테르 (5 mL)의 혼합물을 천천히 첨가한 다음, 상온에서 밤샘 교반하였다. 그런 다음, NH4Cl 수용액 (20 mL)을 혼합물에 부어 반응을 종료하고, 디에틸에테르(30 mL)로 3회 추출한 후, 물 (30 mL)로 3회 세척하였다. 그런 다음, MgSO4로 결합된 유기층(combined organic layer)을 제거한 후 감압 농축하였다. 농축된 혼합물은 n-헥산을 용리제로 사용하는 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 상기 화학식 1a와 같은 10-(2-(dimesitylboryl)phenyl)-10H-phenoxazine(PXZoB)의 페일 옐로우(pale yellow) 색의 파우더(수득량: 0.18 g, 수율: 57%)를 얻었다.From 0 ℃ using a shrink flask (Schlenk Flask) in 100 mL n -BuLi (0.3 mL, 0.75 mmol) 10- (2-bromophenyl) -10 H -phenoxazine (0.21 g, 0.62 mmol) and in dry ether ( dry ether) (50 mL) was added dropwise. Then, the mixture was reacted by stirring at 0 ° C for 1 hour. To the mixture was slowly added a mixture of dimesitylboron fluoride (Mes 2 BF) (0.17 g, 0.63 mmol) and dry ether (5 mL) Lt; / RTI > The reaction was then quenched by pouring an aqueous solution of NH 4 Cl (20 mL) into the mixture, extracted three times with diethyl ether (30 mL), and then washed three times with water (30 mL). Then, the combined organic layer with MgSO 4 was removed and concentrated under reduced pressure. The concentrated mixture was purified by silica gel column chromatography using n-hexane as an eluent to give pale yellow of 10- (2- (dimesitylboryl) phenyl) -10H-phenoxazine (PXZ o B) ) Powder (yield: 0.18 g, yield: 57%).
PXZoB의 CH2Cl2 용액으로 n-헥산을 증기 확산(vapor diffusion) 시킴으로써, X선 회절(X-ray diffraction) 측정에 적당한 페일 옐로우(pale yellow) 색의 단결정들을 얻었다.Mono-crystals of pale yellow color suitable for X-ray diffraction measurement were obtained by vapor diffusion of n-hexane with a CH 2 Cl 2 solution of PXZoB.
1H NMR (CDCl3): δ 7.71 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.49 (td, J = 8.0, 1.1 Hz, 1H), 7.40 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 6.76-6.34 (m, 10H, phenoxazine-H and Mes-H), 5.98 (s, 2H), 2.44-1.47 (m, 18 H, Mes-CH 3). 1 H NMR (CDCl 3): δ 7.71 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.49 (td, J = 8.0, 1.1 Hz, 1H), 7.40 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 6.76-6.34 (m, 10H, phenoxazine- H and Mes- H), 5.98 (s, 2H), 2.44-1.47 (m, 18 H, Mes-C H 3).
HR EI-MS: m/z calcd for C36H34BNO, 507.2733; found, 507.2731.
HR EI-MS: m / z calcd for C 36 H 34 BNO, 507.2733; found, 507.2731.
실시예Example 2: 2: DPADPA oo BB 제조 Produce
[화학식 1b][Chemical Formula 1b]
N-(2-bromophenyl)-N-phenylbenzenamine (0.30 g, 0.93 mmol), n-BuLi (0.4 mL, 1.0 mmol), 및 Mes2BF (0.26 g, 0.97 mmol)을 사용하여 상기 실시예 1의 PXZoB의 제조방법과 유사한 방법으로 상기 화학식 1b와 같은 2-(Dimesitylboryl)-N,N-diphenylbenzenamine(DPAoB)의 브라이트 옐로우(bright yellow) 색의 파우더(수득량: 0.59 g, 수율: 74%)를 얻었다. N - (2-bromophenyl) - N -phenylbenzenamine (0.30 g, 0.93 mmol), n-BuLi (0.4 mL, 1.0 mmol), and Mes 2 BF (0.26 g, 0.97 mmol) in Example 1 using PXZoB by the method similar to the method for producing 2- (Dimesitylboryl), such as formula 1b - N, N -diphenylbenzenamine (DPA o B) Bright yellow (bright yellow) powder of a color (yield: 0.59 g, yield: 74%) .
1H NMR (CDCl3): δ 7.48 (dd, J = 7.8, 2.1 Hz, 1H), 7.40 (td, J = 6.8, 1.5 Hz, 1H), 7.26 (m, 1H), 7.10 (t, J = 7.8 Hz, 6H), 6.92 (t, J= 7.2 Hz, 2H), 6.67 (m, diphenylamine-H and Mes-H, 7H), 2.23 (s, 6H, Mes-CH 3), 1.77 (s, 12H, Mes-CH 3).
1 H NMR (CDCl 3): δ 7.48 (dd, J = 7.8, 2.1 Hz, 1H), 7.40 (td, J = 6.8, 1.5 Hz, 1H), 7.26 (m, 1H), 7.10 (t, J = 7.8 Hz, 6H), 6.92 ( t, J = 7.2 Hz, 2H), 6.67 (m, diphenylamine- H and Mes- H, 7H), 2.23 (s, 6H, Mes-C H 3), 1.77 (s, 12H, Mes-C H 3) .
실시예Example 3: 3: CzCz oo BB 제조 Produce
[화학식 1c][Chemical Formula 1c]
9-(2-bromophenyl)-9H-carbazole (0.30 g, 0.93 mmol), n-BuLi (0.4 mL, 1.0 mmol), 및 Mes2BF (0.26 g, 0.97 mmol)을 사용하여 상기 실시예 1의 PXZoB의 제조방법과 유사한 방법으로 상기 화학식 1c와 같은 9-(2-(Dimesitylboryl)phenyl)-9H-carbazole(CzoB)의 화이트(White) 색의 파우더(수득량: 0.23 g, 수율: 50%)를 얻었다.9- (2-bromophenyl) -9 using H -carbazole (0.30 g, 0.93 mmol ), n-BuLi (0.4 mL, 1.0 mmol), and Mes 2 BF (0.26 g, 0.97 mmol) of Example 1 PXZoB method similar manner as 9- (2- (Dimesitylboryl) phenyl) -9 H -carbazole (Cz o B) powder (the number of white (white) the yield of the color, such as of the general formula 1c: 0.23 g, yield: 50%).
CzoB의 CH2Cl2 용액으로 n-헥산을 증기 확산(vapor diffusion) 시킴으로써, X선 회절(X-ray diffraction) 측정에 적당한 무색(colorless)의 단결정들을 얻었다.
Colorless single crystals suitable for X-ray diffraction measurements were obtained by vapor diffusion of n-hexane with a solution of Cz o B in CH 2 Cl 2 .
1H NMR (CDCl3): δ 7.87 (d, J = 7.4 Hz, 2H), 7.81-7.73 (m, 2H), 7.60 (dd, J = 7.6, 1.2 Hz, 2H), 7.32-7.27 (m, 2H), 7.18 (t, J = 7.5 Hz, 4H), 6.36 (s, 4H, Mes-H), 2.64-1.55 (m, 18 H, Mes-CH 3). 1 H NMR (CDCl 3): δ 7.87 (d, J = 7.4 Hz, 2H), 7.81-7.73 (m, 2H), 7.60 (dd, J = 7.6, 1.2 Hz, 2H), 7.32-7.27 (m, 2H), 7.18 (t, J = 7.5 Hz, 4H), 6.36 (s, 4H, Mes- H), 2.64-1.55 (m, 18 H, Mes-C H 3).
HR EI-MS: m/z calcd for C36H34BN, 491.2784; found, 491.2791
HR EI-MS: m / z calcd for C 36 H 34 BN, 491.2784; found, 491.2791
비교예Comparative Example 1: One: DPADPA pp BB 제조 Produce
[화학식 a](A)
기존의 알려진 방법으로 상기 화학식 a의 N-(4-(dimesitylboryl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(DPApB)를 제조하였다.
N - (4- (dimesitylboryl) phenyl) -N- phenylbenzenamine (DPA p B) of formula (a) was prepared by a known method.
비교예Comparative Example 2: 2: CzCz pp BB 제조 Produce
[화학식 b][Formula b]
기존의 알려진 방법으로 상기 화학식 b의 9-(4-(dimesitylboryl)phenyl)-9H-carbazole(CzpB)를 제조하였다.
A conventional known method to prepare a 9- (4- (dimesitylboryl) phenyl) -9 H -carbazole (Cz p B) of the formula b.
실험예Experimental Example 1: 화합물의 구조 분석 1: Structural analysis of compounds
(1) (One) 1One H NMR 측정H NMR measurement
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 화합물의 CDCl3 내에서 1H NMR 측정 결과를 하기 도 4 내지 도 6에 나타내었다. (*은 잔류 CDCl3을 의미하고, +는 H2O를 의미한다.)The results of 1 H NMR measurement in CDCl 3 of the compounds prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIGS. 4 to 6. (* Means residual CDCl 3 , and + means H 2 O.)
구체적으로, 실시예 1에서 제조된 PXZoB의 1H NMR 측정 스펙트럼을 도 4에 나타내었고, 실시예 2에서 제조된 DPAoB 및 비교예 1에서 제조된 DPApB의 1H NMR 측정 스펙트을 도 5에 나타내었으며, 실시예 3에서 제조된 CzoB 및 비교예 2에서 제조된 CzpB의 1H NMR 측정 스펙트을 도 6에 나타내었다.Specifically, Example 1 was a indicate the 1 H NMR measurement spectrum of PXZ o B in Figure 4 prepared in Example 2, the DPA o B and Comparative 1 H NMR measurement seupekteueul of DPA p B prepared in Example 1 produced in 5, and 1 H NMR measurement spectra of Cz o B prepared in Example 3 and Cz p B prepared in Comparative Example 2 are shown in FIG.
실시예와 같이, 트리아릴보론의 보론에 결합된 아릴기 중 하나의 인접한 탄소 위치(오르토 위치)에 주개가 연결된 경우에는 상온에서 BMes2에 대한 매우 넓은 양성자 공명(proton resonances)이 보여지고, 이것은, 용액 안에서 입체 장해(steric hindrance)로 인해 Mes 그룹들의 움직임이 제한된 것을 의미할 수 있다.As in the examples, when proton is connected to one of the adjacent carbon positions (ortho position) of the aryl groups bonded to the boron of triarylboron, very broad proton resonances for BMes 2 are seen at room temperature, , Which may mean that the movement of Mes groups is restricted due to steric hindrance in solution.
이와 반대로, 비교예와 같이, 트리아릴보론의 파라 위치에 주개가 연결된 경우에는 Mes 그룹들에 대한 메틸과 CAr-H 양성자 공명이 샤프하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, as a comparative example, a tree when the dog main attached at the para position of the aryl boronic has confirmed that the methyl and C Ar -H proton Resonance the M es group appears sharp.
(2) X선 결정 구조 확인(2) Confirmation of X-ray crystal structure
상기 실시예 1(PXZoB), 실시예 3(CzoB) 및 비교예 2(CzpB)에서 제조된 화합물의 X선 결정 구조(X-ray crystal structures)를 하기 도 7에 원자 수준으로 나타내었으며, 구조를 명료하게 하기 위해 수소 원자는 생략하였다.X-ray crystal structures of the compounds prepared in Example 1 (PXZ o B), Example 3 (Cz o B) and Comparative Example 2 (Cz p B) , And the hydrogen atom is omitted for clarity of the structure.
도 7을 보면, 실시예에 따른 화합물의 경우에는 각각의 링을 이루는 면들 간에 입체적으로 복잡한 구조를 명확히 확인할 수 있다. 또한, 페녹사진(phenoxazine, PXZ)과 카바졸(carbazole, Cz) 링의 면은 각각 하나의 Mes와 거의 평행을 이루고 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, in the case of the compounds according to the embodiments, a three-dimensionally complex structure can be clearly confirmed between the faces constituting each ring. Also, it can be seen that the faces of the phenoxazine (PXZ) and the carbazole (Cz) ring are almost parallel to one Mes, respectively.
또한, 실시예 1의 화합물은, PXZ 면과, 상기 PXZ 면에 연결된 페닐렌(phenylene) 링의 면과 이면각이 79.0°이고, 실시예 3의 화합물은, Cz 면과 상기 Cz 면에 연결된 페닐렌 링의 면과 이면각이 76.6°로, 거의 직각을 이루고 있는 것을 알 수 있다. In the compound of Example 1, the plane and the back angle of the PXZ plane and the phenylene ring connected to the PXZ plane were 79.0 °, and the compound of Example 3 had the Cz plane and the phenyl connected to the Cz plane It can be seen that the plane of the lens ring and the back angle are almost orthogonal at 76.6 °.
상기 실시예 3(CzoB) 구조와 유사한 비교예 2(CzpB)의 구조를 살펴보면, Cz 면과 상기 Cz 면에 연결된 페닐렌 링의 면과 이면각이 68.3°으로, CzoB와 비교하여 작은 것을 확인할 수 있었다. 이는, 상기 CzpB의 1H NMR 측정 결과를 고려했을 때, Cz 부분의 자유 회전과 주개와 받개 사이의 강한 결합(substantial conjugation)을 의미할 수 있다.
The structure of Comparative Example 2 (Cz p B) similar to the structure of Example 3 (CzoB) is as follows. The plane of the phenylene ring connected to the Cz plane and the Cz plane is 68.3 deg. I could confirm. This may mean a substantial conjugation between the free rotation of the Cz portion and the main axis and the receiver, taking into account the 1 H NMR measurement of the Cz p B.
실험예Experimental Example 2: 화합물의 2: Compound 광물리적Optical physical 특성 분석 Character analysis
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 화합물의 톨루엔 내에서의 UV/Vis 흡수 스펙트럼 및 광발광(PL) 스펙트럼을 측정하여 하기 표 1 및 도 8에 기재하였다. The UV / Vis absorption spectrum and the light emission (PL) spectrum of the compounds prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 in toluene were measured and reported in the following Table 1 and FIG.
(N2/air)b) 陸 PL [%]
(N 2 / air) b)
(PXZoB)Example 1
(PXZ o B)
2.442.44 /
2.44
(DPAoB)Example 2
(DPA o B)
2.562.76 /
2.56
(CzoB)Example 3
(Cz o B)
2.802.95 /
2.80
(DPApB)Comparative Example 1
(DPA p B)
2.713.12 /
2.71
(CzpB)Comparative Example 2
(Cz p B)
2.943.33 /
2.94
a) 298K 온도 및 산소 차단된 톨루엔에 각 화합물을 5.0 x 10-5 M의 농도로 혼합한 후 흡수 피크 파장(λabs) 및 광발광(photoluminescence, PL) 파장을 측정함.a) Measure the absorption peak wavelength (λ abs ) and photoluminescence (PL) wavelength after mixing each compound at a concentration of 5.0 × 10 -5 M in 298K temperature and oxygen-blocked toluene.
b) 절대 광발광 양자 수율(Absolute photoluminescence quantum yields, PLQYs)을 298K 온도 및 산소 차단된 질소(N2) 및 에어(air) 분위기 하에서 측정함.b) Absolute photoluminescence quantum yields (PLQYs) were measured at 298K temperature and in an oxygen-free nitrogen (N 2 ) and air atmosphere.
c) 298K의 온도에서 산소 차단된 톨루엔 용액에서의 순간(prompt, τp) 및 지연(delayed, τd) 소멸 성분(decay components)의 PL 수명(PL lifetime). 단기 소멸 곡선(transient decay curves)에서 측정된 순간 (Φ PF) 및 지연 (Φ DF)의 PL 수명분율은[%] 괄호 안에 기재하였음.c) the PL lifetime of the instant (prompt, τ p ) and delayed (τ d ) decay components in an oxygen-blocked toluene solution at a temperature of 298 K; The PL lifetime fraction of the moment ( Φ PF ) and delay ( Φ DF ) measured in the transient decay curves is given in [%] parentheses.
d) 전기화학적 산화(HOMO) 및 환원(LUMO)을 측정함.d) Measure electrochemical oxidation (HOMO) and reduction (LUMO).
e) 77K에서 얻은 형광(fluorescence) 및 인광(phosphorescence) 스펙트럼의 온셋 파장(onset wavelengths)으로부터 측정된 일중항 에너지(ES) 및 삼중항 에너지(ET).e) singlet energy (E S ) and triplet energy (E T ) measured from the onset wavelengths of the fluorescence and phosphorescence spectra obtained at 77K.
f) △E ST = E S - E T f) E ST = E S - E T
g) 관측되지 않음.g) Not observed.
h) 측정 안함.
h) Not measured.
표 1 및 도 8을 보면, PXZoB, DPAoB 및 CzoB은 각각 445, 415 및 380 nm에서 넓고 낮은 에너지 흡수 피크를 보이고, 분자내 전하 전이의 형태를 보인다. 이것은, 상기 세 화합물의 받개(acceptor) 부분이 동일하고, 흡수 파장이 주개(donor)의 HOMO 준위와 밀접한 연관이 있기 때문이다.
Referring to Table 1 and FIG. 8, PXZ o B, DPA o B, and Cz o B show broad and low energy absorption peaks at 445, 415, and 380 nm, respectively, and show the form of intramolecular charge transfer. This is because the acceptor portions of the three compounds are the same and the absorption wavelength is closely related to the HOMO level of the donor.
상기 PXZoB, DPAoB 및 CzoB의 순환 전압 전류를 측정하여 LUMO 및 HOMO 준위를 측정하여 보았을 때, 상기 세 화합물의 LUMO 준위가 일부 상이한 것을 확인할 수 있다. 또한, HOMO 준위는 에너지는 에너지가 큰 PXZoB, DPAoB 및 CzoB 순서대로 확연히 차이를 보였다. 또한, 도 8을 보면, 상기 세 화합물의 PL 스펙트럼은 오렌지 영역 내지 블루 영역에서 넓고 무구조(structurelss)의 방출 밴드(emission bands)를 나타내고, 상기 세 화합물의 에너지에 따른 흡수 피크 차이를 확인할 수 있다.
The PXZ o B, when measured by the cyclic voltammetry of DPA and Cz o B o B seen by measuring the LUMO and HOMO level, the LUMO level of the three compounds can be confirmed that a part different. Also, the HOMO level showed a significant difference in the order of energy, PXZ o B, DPA o B and Cz o B. 8, the PL spectra of the three compounds show broad emission bands in the orange region and the blue region, and the absorption peak differences depending on the energy of the three compounds can be confirmed.
상기 표 1에서, 절대 광발광 양자 수율(Absolute photoluminescence quantum yields, PLQYs)은 실시예에 따른 화합물이 공기 분위기의 톨루엔에 혼합되었을 때보다 산소 차단된 톨루엔에 혼합되었을 때 2 내지 4배 높다. 이를 통해, 산소를 함유하는 용액 내에서 삼중항 여기 상태(T1)가 삼중항 산소(triplet oxygen)에 의해 소광(quenching)되는 것을 알 수 있다. 또한, 이는 산소가 차단된 용액 내에서 삼중항 여기 상태(T1)에서 일중항 여기 상태(S1)로 역계간 전이(RISC)가 용이하다는 것을 의미한다.
In Table 1, the absolute photoluminescence quantum yields (PLQYs) are 2 to 4 times higher when the compounds according to the Examples are mixed with oxygen-blocked toluene than when they are mixed with toluene in an air atmosphere. From this, it can be seen that in the solution containing oxygen, the triplet excited state (T 1 ) is quenched by triplet oxygen. This also means that it is easy to reverse-transition (RISC) from triplet excited state (T 1 ) to singlet excited state (S 1 ) in an oxygen-blocked solution.
삼중항 여기 상태(T1)에서 일중항 여기 상태(S1)로 상향 변환(upconversion)을 확인하기 위해, 순간 PL 소멸(transient PL decay)를 측정하였으며, 이를 도 9에 나타내었다.The transient PL decay was measured to confirm upconversion from triplet excitation state (T 1 ) to singlet excitation state (S 1 ), which is shown in FIG.
도 9의 PL 소멸 곡선들을 보면, 실시예에 따른 화합물들은 2 개의 소멸 성분들(decay components)을 포함한다. 상기 2 개의 소멸 성분들은 나노초 범위의 순간(nanosecond-range prompt) 성분(τp)과 마이크로초 범위의 지연(microsecond-range delayed) 성분(τd)이다.Referring to the PL decay curves of FIG. 9, the compounds according to an embodiment include two decay components. The two extinction components are a nanosecond-range prompt component (τ p ) and a microsecond-range delayed component (τ d ).
또한, 온도가 150K에서 300K로 증가할수록 지연 성분의 방출 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해, 지연 방출(delayed emission)이 열활성 지연형광(TADF)로 전환될 수 있다는 것을 확인하였다.
It was also confirmed that as the temperature was increased from 150K to 300K, the emission intensity of the retardation component was increased, and it was confirmed that the delayed emission could be converted into thermally activated delayed fluorescence (TADF).
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 화합물을 각각 질소를 이용하여 산소 차단된 톨루엔 및 공기로 인해 산소가 포함된 톨루엔에 혼합한 경우 방출 스펙트럼이 유사하다. 이를 통해, 지연 방출은 역계간 전이를 통한 일중항 여기 상태(S1)로부터 나타난다는 것을 알 수 있으며, PXZoB (6 wt%), DPAoB (30 wt%) 및 CzoB (20 wt%)를 호스트 필름(host film)에 도핑한 후 순간 PL 소멸 곡선을 측정한 결과를 나타낸 하기 도 10을 통해 열활성 지연형광(TADF)도 유사하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
As described above, the emission spectrum is similar when the compound according to the embodiment is mixed with oxygen-containing toluene and air-oxygen-containing toluene, respectively, using nitrogen. It can be seen from this that delayed emission appears from singlet excited state (S 1 ) through inter-system transition, and PXZ o B (6 wt%), DPA o B (30 wt%) and Cz o B (TADF) similar to that shown in FIG. 10, which is a result of measurement of the instantaneous PL decay curve after doping a host film with a dopant (wt.%) in a host film.
반대로, 비교예와 같이, 트리아릴보론의 파라 위치에 주개가 연결된 DPApB와 CzpB의 경우에는, 상기 표 1 및 하기 도 11을 참조하면, 질소로 산소 차단된(in N2) 톨루엔 및 공기로 인해 산소를 포함하는(in air) 톨루엔에 각각 혼합한 경우 모두 하나의 엑스포넨셜 PL 소멸(single-exponential PL decay) 특성과 나노초 단위의 짧은 수명을 보였다. 이를 통해, DPA 및 Cz가 트리아릴보론의 파라 위치에 연결된 경우에는 형광 강도와 분자내 전하 전이(ICT)에도 불구하고 지연형광이 나타나지 않는 것을 알 수 있다.
On the other hand, as a comparative example, a tree, when the case of the aryl DPA p B dog main attached to the para position of boron and Cz p B, the reference to Table 1 and to Figure 11, the oxygen barrier to nitrogen (in N 2) toluene And toluene with air due to air, showed single-exponential PL decay and short life in nanosecond units, respectively. Thus, it can be seen that when DPA and Cz are connected to the para position of triarylboron, delayed fluorescence does not appear despite fluorescence intensity and intramolecular charge transfer (ICT).
결과적으로, 본 실험을 통해, 보론에 결합된 아릴기 중 하나의 인접한 탄소 위치(오르토 위치)에 주개가 결합된 경우와 파라 위치에 주개가 연결된 경우의 구조적 차이로 인해 광화학적 특성이 달라진다는 것을 알 수 있었다. As a result, it has been found through this experiment that photochemical properties are different due to structural differences in the case where one of the aryl groups bonded to the boron is bonded to one adjacent carbon position (ortho position) and the other is bonded to the para position Could know.
이는 예를 들어, 주개 및 받개의 구조가 동일하나, 주개의 결합 위치만 다른 실시예 2(DPAoB) 및 비교예 1(DPApB) 내지 실시예 3(CzoB) 및 비교예 2(CzpB)의 NMR 스펙트럼 및 결정 구조 등을 통해 확인할 수 있다.(DPA o B) and Comparative Examples 1 (DPA p B) to 3 (Cz o B) and Comparative Example 2 (DPA o B) (Cz p B) NMR spectrum and crystal structure.
구체적으로, 두 화합물의 구조적 차이로 인해, 일중항 에너지와 삼중항 에너지의 차(△E ST)가 다르게 나타날 수 있다. 상기 상기 표 1을 보면, 실시예 2(DPAoB) 및 실시예 3(CzoB)의 화합물에 대해서 △E ST가 각각 0.2 및 0.15 eV로 나타났고, 상기 각각 화합물의 △E ST 값은 효율적인 열활성 지연형광(TADF)을 구현하기에 충분히 작은 값이다.Specifically, due to the structural difference between the two compounds, the difference between singlet energy and triplet energy ( ΔE ST ) may be different. In Table 1, ΔE ST was 0.2 and 0.15 eV for the compounds of Example 2 (DPA o B) and Example 3 (Cz o B), respectively, and ΔE ST values of the respective compounds were Is sufficiently small to implement efficient thermally activated delayed fluorescence (TADF).
그러나, 비교예 1(DPApB) 및 비교예 2(CzpB)의 화합물에 대해서는 DE ST가 각각 0.41 및 0.39 eV로 크게 나타났다. 이로 인해, 일중항 상태에서 삼중항 상태로의 역계간 전이가 용이하지 않다는 것을 알 수 있다.
However, for the compounds of Comparative Example 1 (DPA p B) and Comparative Example 2 (Cz p B), the D E ST was 0.41 and 0.39 eV, respectively. As a result, it can be seen that it is not easy to transfer back-to-back transition from singlet state to triplet state.
실험예Experimental Example 3: 화합물을 포함하는 유기 발광 소자의 성능 평가 3: Evaluation of performance of organic light emitting device including compound
본 발명에 따른 화합물을 발광층에 포함하는 열활성 지연형광 유기 발광 소자(TADF-OLEDs)를 하기 도 12의 (a)와 같이 두 가지 타입(Type)의 구조로 제조하였다. 구체적으로, 타입 1(Type-Ⅰ)에서 mCP:B3PyMPM:emitter는 N,N-dicarbazolyl-3,5-benzene (mCP, E T = 2.90 eV)와 bis-4,6-(3,5-di-3-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine (B3PyMPM, E T = 2.68 eV)가 1:1의 몰비율로 이루어진 엑시머 형성 코호스트 시스템(exciplex-forming co-host system)(mCP:B3PyMPM, (E T = 2.97 eV))에 PXZoB (E T = 2.44 eV) 내지 DPAoB (E T = 2.56 eV) 화합물이 도핑된 것이다.(TADF-OLEDs) containing a compound according to the present invention in a light emitting layer were fabricated in two types of structures as shown in FIG. 12 (a). Specifically, the mCP: B3PyMPM: emitter in the type 1 (Type-I) is N - dicarbazolyl-3,5-benzene (mCP, E T = 2.90 eV) and bis-4,6- -3-pyridylphenyl) -2-methylpyrimidine ( B3PyMPM, E T = 2.68 eV) is 1: the molar ratio excimer formation nose host system (exciplex-forming co-host system consisting of 1) (mCP: B3PyMPM, ( E T = 2.97 eV) doped with PXZ o B ( E T = 2.44 eV) to DPA o B ( E T = 2.56 eV).
또한, 타입 2(Type-Ⅱ)에서 DPEPO:emitter는 싱글호스트 bis(2-(diphenylphosphino)phenyl)ether oxide (DPEPO, E T = 3.30 eV)로 이루어진 시스템(single host system)에 CzoB (E T = 2.80 eV) 화합물이 도핑된 것이다.In addition, in
상기 두 가지 타입의 유기 발광 소자에 대해서 에너지 준위도(Energy level diagram)(eV)는 도 12의 (b)에 나타내었다.
The energy level diagram (eV) for the two types of organic light emitting devices is shown in FIG. 12 (b).
상기와 같은 열활성 지연형광 유기 발광 소자를, 발광층 중 본 발명에 따른 화합물(Emitter)의 함량을 하기 표 2와 같이 다양하게 조절하여 제조하였으며, 이에 대한 성능 평가 결과를 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 열활성 지연형광 유기 발광 소자의 광물리적 특성 평가를 하기 표 3에 나타내었다.Table 2 shows the results of the performance evaluation of the thermally-activated delayed-fluorescence organic light-emitting device of the present invention, wherein the content of the emitter according to the present invention in the light-emitting layer was varied as shown in Table 2 below. The optical physical properties of the thermal activation delayed fluorescence organic light emitting device are shown in Table 3 below.
a) 타입 1 구조로 제조.a) Manufactured in a type 1 structure.
b) 타입 2 구조로 제조.b) Manufactured in
c) 최대 휘도(maximum luminance)에서의 표색계(Color coordinates, CIE 1931)c) Color coordinates at maximum luminance (CIE 1931)
d) 1 cd m-2의 휘도에서의 인가 전압.d) the applied voltage at a luminance of 1 cd m -2 .
e) 최대 전류 효율(Maximum current efficiency)e) Maximum current efficiency
f) 최대 외부 양자 효율(Maximum external quantum efficiency)f) Maximum external quantum efficiency.
a) mCP:B3PyMPM:PXZoB, mCP:B3PyMPM:DPAoB 또는 DPEPO:CzoB.a) mCP: B3PyMPM: PXZ o B, mCP: B3PyMPM: DPA o B or DPEPO: Cz o B.
b) 298K의 온도에서 산소 차단된 톨루엔 용액에서의 순간(prompt, τp) 및 지연(delayed, τd) 소멸 성분(decay components)의 PL 수명(PL lifetime). 단기 소멸 곡선(transient decay curves)에서 측정된 순간 (ΦPF) 및 지연 (ΦDF)의 PL 수명분율은[%] 괄호 안에 기재하였음.b) the PL lifetime of the instant (prompt, τ p ) and delayed (τ d ) decay components in an oxygen-blocked toluene solution at a temperature of 298 K; The PL lifetime fraction of the moment (Φ PF ) and delay (Φ DF ) measured in the transient decay curves is given in [%] parentheses.
c) 알려진 방법으로 계산.c) Calculation by known methods.
d) 타입 1 구조로 제조.d) Manufactured in type 1 structure.
e) 타입 2 구조로 제조.e) Manufactured in a
f) 최대 휘도(maximum luminance)에서의 표색계(Color coordinates, CIE 1931)f) Color coordinates at maximum luminance (CIE 1931)
g) 1 cd m-2의 휘도에서의 인가 전압.g) the applied voltage at a luminance of 1 cd m -2 .
h) 최대 전류 효율(Maximum current efficiency)h) Maximum current efficiency
i) 최대 외부 양자 효율(Maximum external quantum efficiency)i) Maximum external quantum efficiency
상기 D1 내지 D3의 전기발광(electroluminescence, EL) 방출(emission) 표색계(x, y)는 하기 도 13의 (a)에 나타내었고, EL 스펙트럼은 하기 도 14에 나타내었다. 그 결과, PL 스펙트럼과 유사하게, 주개 단위(donor group)의 HOMO 준위의 차이로 인해 방출색이 D1의 경우 오렌지(orange)(CIE 1931 (x, y) = 0.460, 0.505)색, D2의 경우 녹청색(greenish-blue)(CIE 1931 (x, y) = 0.172, 0.488) D3의 경우 순청색(pure-blue)(CIE 1931 (x, y) = 0.460, 0.505)로 나타나는 것을 알 수 있다.
The electroluminescence (EL) emission color system (x, y) of D1 to D3 is shown in FIG. 13 (a) and the EL spectrum is shown in FIG. As a result, similar to the PL spectrum, the orange (CIE 1931 ( x , y ) = 0.460, 0.505) color is emitted when the emission color is D1 due to the difference in the HOMO level of the donor group, (CIE 1931 ( x , y ) = 0.172, 0.488) for greenish-blue (CIE 1931 ( x , y ) = 0.460, 0.505) for D3.
도 13의 (b)를 보면, 전류 밀도-전압-발광(J-V-L) 특성에 있어서, 타입 1의 구조로 제조된 D1 및 D2은 타입 2 구조의 D3과 비교하여 높은 전류 밀도와 낮은 순방향 전압(turn-on voltages) 특성을 보인다. 이를 통해, 본 발명에 따른 화합물은 우수한 전하 균형(charge balance)을 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 13B, in the current density-voltage-light-emitting ( J - V - L ) characteristics, D1 and D2 produced by the type 1 structure have a higher current density and lower current density than the D3 of the
도 13의 (c)를 보면, 외부 양자 효율-발광 (ηEQE-L) 특성에 있어서, 본 발명에 따른 D1 내지 D3은 최적의 방출 강도에서 모두 높은 외부 양자 효율을 나타낸다. 구체적으로, D1(PXZoB, 6 wt%) 및 D2 (DPAoB, 30 wt%)의 경우 각각 16.3% and 21.4%의 높은 외부 양자 효율을 나타내고, D3(CzoB, 20 wt%)의 경우 외부 양자 효율이 22.6%로, 지금까지 보고된 순청생 열활성 지연형광 소자의 외부 양자 효율과 비교하여 가장 높은 수치를 보인다. 이와 같이, CzoB 화합물을 포함하는 열활성 지연형광 소자의 우수한 성능은 상기 표 3에서도 확인할 수 있듯이, 0.124 eV의 작은 △E ST 값과 더불어 0.61의 가장 큰 ΦDF와 함께 높은 PLQY(ΦPF = 0.84) 값을 나타낸다.
Referring to FIG. 13 (c), in the external quantum efficiency-luminescence (eta EQE - L ) characteristic, D1 to D3 according to the present invention all exhibit high external quantum efficiency at optimum emission intensity. Specifically, the external quantum efficiencies of D1 (PXZ o B, 6 wt%) and D2 (DPA o B, 30 wt%) were 16.3% and 21.4%, respectively, and D3 (Cz o B, 20 wt% , The external quantum efficiency is 22.6%, which is the highest value compared with the external quantum efficiency of the fluorescence delayed fluorescence device reported to date. Thus, Cz o B compound heat activated delayed fluorescent element excellent performance As can be seen in Table 3, 0.124 eV small △ E ST value and high PLQY (Φ PF with the largest Φ DF of 0.61, with the containing = 0.84).
일반적으로, 열활성 지연형광 유기 발광 소자의 외부 양자 효율은 하기 수학식 1로 나타낼 수 있다.Generally, the external quantum efficiency of the thermal activation delayed fluorescence organic light emitting device can be expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서, ηint은 내부 EL 양자 효율(internal EL quantum efficiency)을, ηout은 광 아웃커플링 효율(light outcoupling efficiency)을,γ는 전하 균형 요소(charge balance factor)을, ηs는 일중항 여기 형성율(singlet exciton formation ratio)을, ηT는 삼중항 여기 형성율(triplet exciton formation ratio)을, Φ I SC는 항간 교차 효율(intersystem crossing efficiency)을 나타낸다.In Equation 1, η int is the internal EL quantum efficiency (internal EL quantum efficiency), η out is the light outcoupling efficiency (light outcoupling efficiency), γ is the charge balancing element (charge balance factor), η s Η T represents the triplet exciton formation ratio, and Φ I SC represents the intersystem crossing efficiency.
일반적으로, ηout은 20 내지 30% 가까이 사용되고, γ을 1로 가정했을 때, D3(CzoB)의 계산된 ηint은 약 0.84로 나타난다. 이와 같이, D3의 높은 ηint은 높은 외부 양자 효율(ηEQE)과 일치한다.
Generally, 侶out is used in the range of 20 to 30%, and when the value of γ is assumed to be 1, the calculated η int of D3 (Cz o B) is about 0.84. Thus, the high eta int of D3 coincides with the high external quantum efficiency (eta EQE ).
상기 실험 결과를 이해하고, 더불어 아웃커플링 효율을 증가시키기 위해서, CzoB (20 wt%)를 포함하는 발광층이 형성된 소자의 수평 전이 쌍극자 비율(horizontal transition dipole ratio (Θ)과 ITO층 두께의 함수인 외부 양자 효율에 대한 모든 광학적 분석을 수행했다. 그 결과는 하기 도 15에 나타내었다. 도 15의 (a)에는 CzoB (20 wt%)를 포함하는 발광층이 형성된 소자의 수평 전이 쌍극자 비율(Θ)과 ITO층 두께의 함수인 최대 외부 양자 효율에 대한 모의 결과를 등고선 선도로 나타낸 것이다. 선이 교차하는 지점은 최대 외부 양자 효율을 갖기 위해서는 수평 전이 쌍극자 비율(Θ)이 0.74이고, ITO층의 두께가 70 및 150 nm인 것으로 확인되었다. In order to understand the above experimental results and to increase the outcoupling efficiency, the horizontal transition dipole ratio (Θ) of the device including the light emitting layer including Cz 0 B (20 wt%) and the ITO layer thickness was performed with all the optical analysis of the functions of the external quantum efficiency. the results are shown in Figure 15. Figure 15 (a), the horizontal transition dipoles of the device the light-emitting layer is formed containing a Cz o B (20 wt%) The horizontal transit dipole ratio (Θ) is 0.74 for the maximum external quantum efficiency, and the maximum external quantum efficiency as a function of the ratio (Θ) and ITO layer thickness is shown by a contour line diagram. It was confirmed that the thickness of the ITO layer was 70 nm and 150 nm.
결과적으로, 상기 모의 실험을 통해, 수평 전이 쌍극자 비율(Θ)이 0.74일 때, ITO층의 두께가 70 nm인 경우 최대 외부 양자 효율이 24.6%로 확인하였으며, ITO층의 두께가 150 nm인 경우 최대 외부 양자 효율이 21.9%로 확인하였다. 이와 일치되게, 실제 제조한 D5(CzoB)의 경우 70 nm의 두께의 ITO층을 가지며, 24.1%의 매우 높은 외부 양자 효율을 나타낸다. 또한, 도 15의 (b)에는 (a)의 최대 외부 양자 효율의 모의 결과를 선으로 나타내었고, ITO층의 두께가 70 및 150 nm인 경우 실제 실험 통계 결과도 나타내었는데, 이도 유사하게 일치하였다.As a result, the maximum external quantum efficiency was found to be 24.6% when the thickness of the ITO layer was 70 nm when the horizontal transition dipole ratio (?) Was 0.74, and the thickness of the ITO layer was 150 nm The maximum external quantum efficiency was confirmed to be 21.9%. The match to be, having a 70 nm thickness of the ITO layer when the actual manufacturing D5 (Cz o B), shows a very high external quantum efficiency of 24.1%. 15 (b) shows the simulation results of the maximum external quantum efficiency of FIG. 15 (a), and actual experimental results are shown when the thickness of the ITO layer is 70 and 150 nm. .
또한, 상기와 유사한 소자의 효율 향상은 두께가 70 nm인 ITO층을 갖는 D4(DPAoB)에서도 확인되었다.The improvement in efficiency of the device similar to the above was also confirmed in D4 (DPA o B) having an ITO layer with a thickness of 70 nm.
Claims (14)
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
은 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기를 나타내고, D와 B는 의 탄소 중에서 서로 인접하는 탄소에 각각 결합된 구조이며,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기를 나타내고,
상기, Ar1 및 Ar2의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환되며,
D는 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타내며,
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 내지 3에서,
X는 단일결합, O, C(R5)(R6) 또는 N(R7)을 나타내고,
R1 내지 R7은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기를 나타낸다.
A triarylboron compound into which a triplet represented by the following formula (1) is introduced:
[Chemical Formula 1]
In Formula 1,
Represents an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, and D and B represent Lt; / RTI > is bonded to carbon adjacent to each other in the carbon of the formula
Ar 1 and Ar 2 each independently represent an aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an arylamine group having 6 to 20 carbon atoms,
remind , One or more of the hydrogens of Ar 1 and Ar 2 are each independently substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D is represented by the following formula (2) or (3)
(2)
(3)
In the above Formulas 2 to 3,
X represents a single bond, O, C (R 5) (R 6) or N (R 7),
Each of R 1 to R 7 independently represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an arylamine group having 6 to 20 carbon atoms.
은 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기를 나타내고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 20의 아릴기를 나타내고,
상기, Ar1 및 Ar2의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환되며,
D는 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타내며,
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 내지 3에서,
X는 단일결합, O, C(R5)(R6) 또는 N(R7)을 나타내고,
R1 내지 R7은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴아민기를 나타내는 것을 특징으로 하는 트리아릴보론 화합물.
The compound according to claim 1, wherein in formula (1)
Represents an arylene group having 6 to 12 carbon atoms,
Ar 1 and Ar 2 each independently represent an aryl group having 6 to 20 carbon atoms,
remind , One or more of the hydrogens of Ar 1 and Ar 2 are each independently substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D is represented by the following formula (2) or (3)
(2)
(3)
In the above Formulas 2 to 3,
X represents a single bond, O, C (R 5) (R 6) or N (R 7),
R 1 to R 7 each independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an arylamine group having 6 to 12 carbon atoms.
상기 화학식 1로 나타내는 트리아릴보론 화합물은 하기 화학식 4로 나타내는 것을 특징으로 하는 트리아릴보론 화합물:
[화학식 4]
상기 화학식 4에서,
는 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기를 나타내고,
D는 하기 화학식 5 내지 화학식 11 중 어느 하나로 나타낸다.
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
[화학식 8]
[화학식 9]
[화학식 10]
[화학식 11]
The method according to claim 1,
The triarylboron compound represented by the formula (1) is represented by the following formula (4)
[Chemical Formula 4]
In Formula 4,
Represents an arylene group having 6 to 12 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D is represented by any one of the following formulas (5) to (11).
[Chemical Formula 5]
[Chemical Formula 6]
(7)
[Chemical Formula 8]
[Chemical Formula 9]
[Chemical formula 10]
(11)
는 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기를 나타내고,
D는 하기 화학식 5, 화학식 7 또는 화학식 10으로 나타내는 트리아릴보론 화합물.
[화학식 5]
[화학식 7]
[화학식 10]
4. The compound according to claim 3, wherein in Formula 4,
Represents an arylene group having 6 to 12 carbon atoms which is substituted or unsubstituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
D is a triarylboron compound represented by the following general formula (5), (7) or (10)
[Chemical Formula 5]
(7)
[Chemical formula 10]
트리아릴보론 화합물의 일중항 상태와 삼중항 상태의 에너지 차이는 0.001 내지 0.3 eV 범위인 것을 특징으로 하는 트리아릴보론 화합물.
The method according to claim 1,
Wherein the difference in energy between singlet state and triplet state of the triarylboron compound is in the range of 0.001 to 0.3 eV.
D를 이루는 편면은 를 이루는 편면과 이면각이 70 내지 90° 범위인 것을 특징으로 하는 트리아릴보론 화합물.
The compound according to claim 1, wherein in formula (1)
The one side of D And the angle of the back surface is in the range of 70 to 90 DEG.
상기 유기층은 제1항에 따른 트리아릴보론 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
An anode, a cathode, and an organic layer between both electrodes,
Wherein the organic layer comprises the triarylboron compound according to claim 1.
유기층은 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
8. The method of claim 7,
Wherein the organic layer is a light emitting layer.
양극과 유기층 상에 제1 전하 수송층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
8. The method of claim 7,
And a first charge transport layer on the anode and the organic layer.
제1 전하 수송층은 정공 주입층 및 정공 수송층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 유기 발광 소자.
10. The method of claim 9,
Wherein the first charge transporting layer comprises at least one selected from the group consisting of a hole injecting layer and a hole transporting layer.
음극과 유기층 사이에 제2 전하 수송층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
8. The method of claim 7,
And a second charge transport layer between the cathode and the organic layer.
제2 전하 수송층은 전자 수송층 및 전자 주입층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 유기 발광 소자.
12. The method of claim 11,
And the second charge transporting layer comprises at least one selected from the group consisting of an electron transporting layer and an electron injecting layer.
유기층과 제1 전하 수송층 사이에 전자 차단층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
10. The method of claim 9,
And an electron blocking layer between the organic layer and the first charge transporting layer.
유기층과 제2 전하 수송층 사이에 정공 차단층을 더 포함하는 유기 발광 소자.12. The method of claim 11,
And a hole blocking layer between the organic layer and the second charge transporting layer.
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