KR20190117038A - 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물 Download PDF

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KR20190117038A
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Abstract

본 발명은 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, 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 하기 화학식 1에서, X1은 C, Si 또는 Ge이고, AC는 전자 수용성기이다.
[화학식 1]
Figure pat00159

Description

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND POLYCYCLIC COMPOUND FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 다환 화합물에 관한 것이다.
영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 소자(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 유기 전계 발광 소자는 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 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 다환 화합물을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
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, 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에서, X1은 C, Si 또는 Ge이고, Ar은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며, R1 내지 R4는 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 헤테로아릴기이고, a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이며, AC는 하기 화학식 2 내지 10 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
[화학식 6] [화학식 7] [화학식 8]
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
[화학식 9]
Figure pat00009
화학식 2에서, Z1 내지 Z13은 각각 독립적으로 CH 또는 N이고, Z1 내지 Z3 중 2개 또는 3개는 N이며, Z4 내지 Z13 중 적어도 하나는 N이고, e는 0 이상 2 이하의 정수이다.
화학식 3에서, X2는 O, S 또는 CR8R9이고, R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성하며, f는 0 이상 3 이하의 정수이고, g는 0 이상 4 이하의 정수이며, h는 0 이상 5 이하의 정수이다.
화학식 4에서, i는 0 내지 2의 정수이고, Y1은 N 또는 CR10이고, Y2는 N 또는 CR11이고, Y3는 N 또는 CR12이고, Y4는 N 또는 CR13이고, Y5는 N 또는 CR14이며, Y1 내지 Y5 중 적어도 하나는 N이고, CR10 내지 CR14는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 트리플루오로메틸기이며, 화학식 1의 X1이 C인 경우, R10 내지 R14 중 적어도 하나는 수소 원자가 아니고, Y2 및 Y4 중 적어도 하나가 N인 경우, Y3는 CR12이고, R12는 시아노기가 아니다.
화학식 7에서, A1 내지 A13은 각각 독립적으로 N 또는 CR15이고, A1 내지 A8 중 적어도 하나는 N이며, A9 내지 A13 중 적어도 하나는 N이고, A1 내지 A13 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며, R15는 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 헤테로아릴기이다.
화학식 8에서, B1 내지 B10은 각각 독립적으로 N 또는 CR16이고, B1 내지 B10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며, X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR17R18, 또는 SiR19R20이고, j는 0 또는 1이며, j가 1인 경우 B5 및 B6은 C이며, R16 내지 R20은 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 헤테로아릴기이다.
화학식 9에서, E1 내지 E10은 각각 독립적으로 N 또는 CR21이고, E1 내지 E10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며, X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR22R23, 또는 SiR24R25이고, k는 0 또는 1이며, k가 1인 경우 E5 및 E6은 C이며, R22 내지 R25는 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 헤테로아릴기이다.
화학식 3은 하기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1] [화학식 3-2]
Figure pat00010
Figure pat00011
화학식 3-1 및 3-2에서, X2, R5, R6, f 및 g 는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR26R27이며, R26 및 R27은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이다.
화학식 4는 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00012
화학식 7은 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00013
Figure pat00014
화학식 8은 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00015
화학식 9는 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00016
화학식 1에서, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 도펀트가 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 열 활성 지연 형광용 도펀트일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 470nm 미만의 파장 영역을 갖는 청색 도펀트일 수 있다.
정공 수송 영역은 제1 전극 상에 배치된 정공 주입층, 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층, 및 정공 수송층 상에 배치된 전자 저지층을 포함하는 것일 수 있다.
전자 수송 영역은 발광층 상에 배치된 정공 저지층, 정공 저지층 상에 배치된 전자 수송층 및 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 효율이 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 함질소 화합물은 유기 전계 발광 소자에 적용될 수 있으며, 고효율화에 기여할 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.
도 3은 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.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.
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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 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. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(EL1)의 두께는 약 1000Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 3000Å일 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(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 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 저지층(EBL)의 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'-diphenyl-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'-diphenyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 모두 포함하면, 정공 주입층(HIL)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 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)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å 또는, 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 갖는 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.
발광층(EML)은 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물을 포함한다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물에 대해 자세히 설명한다.
본 명세서에서,
Figure pat00017
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. 헤테로 고리기는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리(헤테로아릴기)를 포함한다.
예를 들어, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 아릴기 및 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 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 5 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, 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, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 60 이하, 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 pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
본 명세서에서, 헤테로고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로고리기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로고리기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있으며, 헤테로아릴기를 포함하는 개념이다. 헤테로고리기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딘기, 비피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 페녹사진기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트롤린기, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 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, 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, 포스핀 옥사이드기는 예를 들어 알킬기 및 아릴기 중 적어도 하나로 치환될 수 있다. 포스핀 옥사이드기의 예로는 페닐 포스핀 옥사이드기, 디페닐 포스핀 옥사이드기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 포스핀 설파이드기는 알킬기 및 아릴기 중 적어도 하나로 치환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00022
화학식 1에서, X1은 C, Si 또는 Ge이고, Ar은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며, R1 내지 R4는 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 헤테로아릴기이고, a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이며, AC는 하기 화학식 2 내지 10 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00023
[화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
[화학식 6] [화학식 7] [화학식 8]
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
[화학식 9]
Figure pat00030
화학식 2에서, Z1 내지 Z13은 각각 독립적으로 CH 또는 N이고, Z1 내지 Z3 중 2개 또는 3개는 N이며, Z4 내지 Z13 중 적어도 하나는 N이고, e는 0 이상 2 이하의 정수이다.
화학식 3에서, X2는 O, S 또는 CR8R9이고, R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성하며, f는 0 이상 3 이하의 정수이고, g는 0 이상 4 이하의 정수이며, h는 0 이상 5 이하의 정수이고, 상기 화학식 4에서, i는 0 내지 2의 정수이고, Y1은 N 또는 CR10이고, Y2는 N 또는 CR11이고, Y3는 N 또는 CR12이고, Y4는 N 또는 CR13이고, Y5는 N 또는 CR14이며, Y1 내지 Y5 중 적어도 하나는 N이고, CR10 내지 CR14는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 또는 트리플루오로메틸기이며, 화학식 1의 X1이 C인 경우, R10 내지 R14 중 적어도 하나는 수소 원자가 아니고, Y2 및 Y4 중 적어도 하나가 N인 경우, Y3는 CR12이고, R12는 시아노기가 아니다.
화학식 7에서, A1 내지 A13은 각각 독립적으로 N 또는 CR15이고, A1 내지 A8 중 적어도 하나는 N이며, A9 내지 A13 중 적어도 하나는 N이고, A1 내지 A13 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며, R15는 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 헤테로아릴기이다.
화학식 8에서, B1 내지 B10은 각각 독립적으로 N 또는 CR16이고, B1 내지 B10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며, X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR17R18, 또는 SiR19R20이고, j는 0 또는 1이며, j가 1인 경우 B5 및 B6은 C이며, R16 내지 R20은 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 헤테로아릴기이다.
화학식 9에서, E1 내지 E10은 각각 독립적으로 N 또는 CR21이고, E1 내지 E10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며, X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR22R23, 또는 SiR24R25이고, k는 0 또는 1이며, k가 1인 경우 E5 및 E6은 C이며, R22 내지 R25는 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 헤테로아릴기이다.
화학식 1에서, a가 2 이상일 경우, 복수의 R1은 서로 동일하거나 상이하고, b가 2 이상일 경우, 복수의 R2는 서로 동일하거나 상이하고, c가 2 이상일 경우, 복수의 R3은 서로 동일하거나 상이하고, d가 2 이상일 경우, 복수의 R4는 서로 동일하거나 상이하다.
화학식 1에서, a가 0일 경우, R1은 수소 원자가 아닐 수 있고, b가 0일 경우, R2는 수소 원자가 아닐 수 있으며, c가 0일 경우, R3은 수소 원자가 아닐 수 있고, d가 0일 경우, R4는 수소 원자가 아닐 수 있다.
예를 들어, a 내지 d는 각각 0일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 다환 화합물의 에너지 레벨 조절 등을 위해 a 내지 d 중 적어도 하나가 1 이상이고, 수소 원자가 아닌 치환기가 도입될 수 있다.
화학식 1에서, Ar은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치화된 안트라센기, 치환 또는 비치환된 페난트렌기, 또는 치환 또는 비치환된 터페닐기일 수 있다. 예를 들어, Ar은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 예를 들어, Ar은 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 1의 AC는 전자 수용성기이고, 화학식 1의 AC를 제외한 구조는 전자 공여성기이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 전자 수용성기와 전자 공여성기를 하나의 분자 내에 포함한다.
화학식 2에서, Z5 내지 Z7, 및 Z10 내지 Z12 중 적어도 하나는 N일 수 있다.
화학식 3에서, f가 2 이상일 경우, 복수의 R5는 서로 동일하거나 상이하고, g가 2 이상일 경우, 복수의 R6은 서로 동일하거나 상이하고, h가 2 이상일 경우, 복수의 R7은 서로 동일하거나 상이하다.
화학식 3에서, f가 0일 경우, R5는 수소 원자가 아닐 수 있고, g가 0일 경우, R6은 수소 원자가 아닐 수 있으며, h가 0일 경우, R7은 수소 원자가 아닐 수 있다.
예를 들어, h는 1 이상이고, R7은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기일 수 있다. 화학식 3은 예를 들어, 하기 화학식 3-1로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00031
화학식 3-1에서, X2, R5, R6, f 및 g는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하다. 화학식 3-1은 보다 구체적으로 하기 화학식 3-1-1 또는 3-1-2로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1-1] [화학식 3-1-2]
Figure pat00032
Figure pat00033
화학식 3-1-1 및 3-1-2에서, X2는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하다.
화학식 3에서, X2는 O 또는 S일 수 있다. 화학식 3에서, X2는 CR8R9이고, R8 및 R9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 메틸기일 수 있다.
전술한 바와 같이, 화학식 3에서, R5 내지 R7은 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 화학식 3은 하기 화학식 3-2로 표시될 수 있다.
[화학식 3-2]
Figure pat00034
화학식 3-2에서, X2는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR26R27이며, R26 및 R27은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이다. 예를 들어, R26 및 R27은 각각 치환 또는 비치환된 메틸기일 수 있다.
화학식 3-2에서, Y1 및 Y2 중 적어도 하나는 CR26R27일 수 있다.
화학식 3-2는 보다 구체적으로 하기 화학식 3-2-1 내지 3-2-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-2-1] [화학식 3-2-2] [화학식 3-2-3]
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
[화학식 3-2-4] [화학식 3-2-5]
Figure pat00038
Figure pat00039
화학식 4에서, i는 0일 수 있다.
화학식 4는 예를 들어, 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00040
화학식 7은 예를 들어, 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00041
Figure pat00042
화학식 8은 예를 들어, 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00043
화학식 9는 예를 들어, 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시될 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00044
화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[화합물군 1]
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 일중항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위 차이가 0.2 eV 이하인 것일 수 있으며, 결과적으로 열 활성 지연 형광용 재료로 활용 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 유기 전계 발광 소자용 재료로 적용되어 효율 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 일중항 에너지 준위 및 삼중항 에너지 준위 차이가 0.2 eV 이하인 것일 수 있으며, 결과적으로 열 활성 지연 형광용 재료로 활용 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 유기 전계 발광 소자용 재료로 적용되어 효율 향상에 기여할 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하여 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.
발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함한다. 발광층(EML)은 화학식 1로 표시되는 다환 화합물 외에 공지의 물질을 더 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있고, 도펀트가 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 열 활성 지연 형광용 도펀트로서 발광층(EML)에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 470nm 미만의 파장 영역을 갖는 청색광 도펀트로서 발광층(EML)에 포함될 수 있으며, 예를 들어, 440nm 내지 약 470nm 또는 약 450nm 내지 약 470nm의 파장 영역을 갖는 심청색(deep blue) 광 도펀트로서 발광층(EML)에 포함될 수 있다.
호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 제한 없이 채용할 수 있다. 예를 들어, DPEPO(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CBP(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl), mCP(1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene), PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzo[b,d]furan), TcTa(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine) 및 TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 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 호스트 재료로 사용할 수 있다.
예를 들어, 발광층(EML)은 도펀트로 TPD(N,N,N',N'-tetraphenyl-pyrene-1,6-diamine), BCzVBi(4,4'-Bis(2-(9-ethyl-9H-carbazol-3-yl)vinyl)-1,1'-biphenyl; 4,4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl), ACRSA(10-phenyl-10H, 10′H-spiro[acridine-9,9′-anthracene]-10′-one), 4CzPN(3,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-1,2-benzenedicarbonitrile), 4CzIPN(2,4,5,6-Tetra-9H-carbazol-9-yl-isophthalonitrile), DMAC-DPS(Bis[4-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine)phenyl]solfone), 및 PSZ-TRZ(2-phenoxazine-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또한, 발광층(MEL)은 공지의 도펀트 재료로, 스티릴 유도체(예를 들어, 1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene(BCzVB), 4-(di-p-tolylamino)-4’-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(N-BDAVBi), 페릴렌 및 그 유도체(예를 들어, 2, 5, 8, 11-Tetra-t-butylperylene(TBP)), 피렌 및 그 유도체(예를 들어, 1, 1-dipyrene, 1, 4-dipyrenylbenzene, 1, 4-Bis(N, N-Diphenylamino)pyrene) 등의 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylene(TBP)) 등을 더 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 청색 광을 발광하는 청색 발광층일 수 있다. 발광층(EML)은 480nm 이하 또는 470nm의 파장 영역의 광을 발광하는 발광층일 수 있다. 발광층(EML)은 형광 발광을 방사하는 형광 발광층일 수 있다. 발광층(EML)은 지연 형광 발광을 방사하는 지연 형광 발광층일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 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, 발광층(EML)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층(HBL)/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 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 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역은 예를 들어, 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 포함하는 것일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 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 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 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 저지층(HBL)을 포함할 수 있다. 정공 저지층(HBL)은 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 소자(10)는 전술한 다환 화합물을 발광층(EML) 재료로 사용하여, 효율이 향상될 수 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 다환 화합물은 예를 들어, 하기와 같이 합성할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물의 합성 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 화합물 8의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 8은 예를 들어 하기와 같이 합성할 수 있다.
(중간체 1A의 합성)
Figure pat00065
아르곤(Ar) 분위기 하, 200mL의 3구 플라스크에 화합물 A　2.0g, 탈수 diethyl ether 30mL를 더하여, 실온에서 1.6M의 n-BuLi를 10ｍL 적하시킨 후, 실온에서 2시간 교반시켰다. 그 후, 20ｍL의 탈수 diethyl ether에 녹인 화합물 B를 적하시켜, 그 후철야 교반을 시행했다. 반응 종료 후, 물을 더하여 유기층을 분취, 용매 유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 크로마토그래피(toluene사용)로 정제를 시행, 백색 고체의 중간체 1A를 2.20g(수율 62％) 얻었다.
FAB-MS 측정으로 측정된 중간체 1A의 분자량은 440이었다.
(중간체 2A의 합성)
Figure pat00066
아르곤(Ar) 분위기 하, 100mL의 3구 플라스크에 화합물 1A　2.0g, toluene 20mL를 더하여, 거기에 Methylsulfonic Acid를 0.73g, polyphosphoric acid를 1.0g 더하여, 4시간 가열 환류 교반을 시행했다. 반응종료 후, 물을 더하여 유기층을 분취, 용매 유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 크로마토그래피(toluene사용)로 정제를 시행, 백색 고체의 중간체 2A를 1.9g(수율 95％) 얻었다.
FAB-MS 측정으로 측정된 중간체 2A의 분자량은 422이었다.
(최종 화합물 8의 합성)
Figure pat00067
아르곤(Ar) 분위기 하, 100mL의 3구 플라스크에 화합물 C　1.0g, 중간체 2A를 0.95g, Sodium tert-Butoxide를 0.43g, Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)을 0.04g, Tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate를 0.05g, toluene 20mL를 더하여 8시간 가열 환류 교반을 시행했다. 반응종료 후, 물을 더하여 유기층을 분취, 용매 유거했다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 크로마토그래피(toluene, hexane 혼합 용매 사용)로 정제를 시행, 백색 고체의 화합물 8을 1.7g(수율 94％) 얻었다.
FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 8의 분자량은 802이었다.
2. 화합물 40의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 40은 예를 들어 하기와 같이 합성할 수 있다.
Figure pat00068
화합물 8의 합성에서, 화합물 C 대신에 화합물 E를 사용한 것 외에는 동일하게 시행하여 화합물 40을 수율 81％로 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 40의 분자량은 661이었다.
3. 화합물 69의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 69는 예를 들어 하기와 같이 합성할 수 있다.
Figure pat00069
화합물 8의 합성에서, 중간체 2A 대신에 중간체 3A을 사용한 것 외에는 동일하게 시행하여 화합물 69를 수율 89％로 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 69의 분자량은 818이었다.
4. 화합물 127의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 127은 예를 들어 하기와 같이 합성할 수 있다.
Figure pat00070
화합물 8의 합성에서, 화합물 C 대신에 화합물 F를 사용한 것 외에는 동일하게 시행하여 화합물 127을 수율 86％로 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 127의 분자량은 602였다.
5. 화합물 131의 합성
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 131은 예를 들어 하기와 같이 합성할 수 있다.
Figure pat00071
화합물 8의 합성에서, 화합물 C 대신에 화합물 G를 사용한 것 외에는 동일하게 시행하여 화합물 131을 수율 91％로 얻었다. FAB-MS 측정으로 측정된 화합물 131의 분자량은 638였다.
전술한 합성예는 일 예시이며, 반응 조건은 필요에 따라 변경될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 당 기술분야에 알려져 있는 방법 및 재료를 이용하여 다양한 치환기를 가지도록 합성될 수 있다. 화학식 1로 표시되는 코어 구조에 다양한 치환체를 도입함으로써 유기 전계 발광 소자에 사용되기에 적합한 특성을 가질 수 있다.
(소자 작성예)
상술한 화합물 8, 40, 69, 127 및 131을 발광층 도펀트 재료로 사용하여 실시예 1 내지 5의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 화합물]
Figure pat00072
Figure pat00073
　
Figure pat00074
Figure pat00075
Figure pat00076
하기 화합물 C-1 내지 C-10을 발광층 도펀트 재료로 사용하여 비교예 1 내지 10의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 화합물]
Figure pat00077
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
Figure pat00082
Figure pat00083
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
실시예 화합물 및 비교예 화합물의 Ｓ1준위와 T1준위를 비경험적 분자 궤도법으로 계산을 시행했다. 구체적으로는 Gaussian사제 Gaussian09를 이용하여, 범함수에 B3LYP, 기저함수에 6-31G(d)를 이용하여 계산을 시행했다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. ΔEST는 일중항 에너지 레벨과 삼중항 에너지 레벨의 차이를 의미한다.
S1 에너지 레벨(eV) T1 에너지 레벨(eV) ΔEST
실시예 화합물 8 2.56 2.55 0.01
실시예 화합물 40 2.75 2.72 0.03
실시예 화합물 69 2.72 2.71 0.01
실시예 화합물 127 2.52 2.52 0.00
실시예 화합물 131 2.86 2.85 0.01
비교예 화합물 C-1 3.67 3.15 0.52
비교예 화합물 C-2 2.96 2.96 0.00
비교예 화합물 C-3 3.48 3.15 0.33
비교예 화합물 C-4 2.41 2.41 0.00
비교예 화합물 C-5 2.46 2.46 0.00
비교예 화합물 C-6 3.30 3.13 0.17
비교예 화합물 C-7 2.54 2.53 0.01
비교예 화합물 C-8 2.36 2.35 0.01
비교예 화합물 C-9 3.38 3.06 0.32
비교예 화합물 C-10 3.49 3.14 0.35
상기 표 1의 결과를 참조하면, 실시예 화합물 8, 40, 69, 127 및 131, 비교예 화합물 C-2, C-4 내지 C-9은 낮은 ΔEST 값을 나타내고 있어 열 활성 지연 형광을 발현한다고 생각할 수 있다. 한편, 비교예 화합물 C-1, C-3, C-9 및 C-10은 높은 ΔEST 값을 나타내고 있어 열 활성 지연 형광을 발현하지 않는다고 생각된다.실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10의 유기 전계 발광 소자는 ITO로 150nm의 제1 전극을 형성하고, HAT-CN으로 10nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, NPB로 80nm 두께의 정공 수송층을 형성하고, mCP로 5nm 두께의 전자 저지층을 형성하고, DPEPO에 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 20% 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.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10에 따른 유기 전계 발광 소자의 최대 발광 파장 및 외부 양자 효율을 측정하여, 하기 표 2에 나타내었다. 표 2의 EQE는 10 mA/cm2에서의 값이다.
발광층 도펀트 재료 λmax (nm) EQE (%)
실시예 1 실시예 화합물 8 468 23.8
실시예 2 실시예 화합물 40 461 19.9
실시예 3 실시예 화합물 69 459 22.5
실시예 4 실시예 화합물 127 469 21.8
실시예 5 실시예 화합물 131 459 20.5
비교예 1 비교예 화합물 C-1 413 1.2
비교예 2 비교예 화합물 C-2 489 3.2
비교예 3 비교예 화합물 C-3 496 2.8
비교예 4 비교예 화합물 C-4 501 17.5
비교예 5 비교예 화합물 C-5 498 15.1
비교예 6 비교예 화합물 C-6 420 2.1
비교예 7 비교예 화합물 C-7 470 5.5
비교예 8 비교예 화합물 C-8 512 8.2
비교예 9 비교예 화합물 C-9 415 1.1
비교예 10 비교예 화합물 C-10 412 1.3
상기 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 화합물 8, 40, 69, 127 및 131은 모두 발광 파장이 470nm 미만 이하의 심청색 도펀트로써 적합한 발광 파장을 지니며, 또 열 활성화 지연 형광에 의한 고효율을 실현했다. 비교예 1, 6, 9, 10은 발광 효율이 상당히 낮으며, 발광 파장도 단파장이다. 비교예 4, 5, 8은 비교적 높은 효율을 띄고 있지만, 장파장화 하고 있어 심청색 발광을 구현하지 못하고 있다.비교예 7은 심청색에 가까운 파장을 나타내고 있지만 효율이 실시예에 비교하여 낮다. 비교예 2는 심청색을 띄지 않으며, 또한 높은 효율도 띄지 않는 결과가 되었다. 비교예 2는 계산치의 EST가 작음에도 불구하고 열 활성화 지연 형광을 발현하고있지 않을 가능성이 있다. 비교예 3은 효율이 낮으며, 또한 장파장화로 심청색은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물은 심청색 발광용 열 활성 지연 형광 도펀트로 활용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 심청색을 구현함과 동시에 효율이 우수하다.
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: 정공 수송층 EML: 발광층
ETR: 전자 수송 영역 ETL: 전자 수송층
EIL: 전자 주입층 EL2: 제2 전극

Claims (20)

  1. 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 표시되는 다환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00087

    상기 화학식 1에서,
    X1은 C, Si 또는 Ge이고,
    Ar은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    R1 내지 R4는 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 헤테로아릴기이고,
    a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이며,
    AC는 하기 화학식 2 내지 10 중 어느 하나로 표시된다:
    [화학식 2]
    Figure pat00088

    [화학식 3] [화학식 4]
    Figure pat00089
    Figure pat00090

    [화학식 5] [화학식 6]
    Figure pat00091
    Figure pat00092

    [화학식 7] [화학식 8]
    Figure pat00093
    Figure pat00094

    [화학식 9]
    Figure pat00095

    상기 화학식 2에서,
    Z1 내지 Z13은 각각 독립적으로 CH 또는 N이고, Z1 내지 Z3 중 2개 또는 3개는 N이며, Z4 내지 Z13 중 적어도 하나는 N이고,
    e는 0 이상 2 이하의 정수이며,
    상기 화학식 3에서,
    X2는 O, S 또는 CR8R9이고,
    R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성하며,
    f는 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g는 0 이상 4 이하의 정수이며,
    h는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    상기 화학식 4에서,
    i는 0 내지 2의 정수이고,
    Y1은 N 또는 CR10이고, Y2는 N 또는 CR11이고, Y3는 N 또는 CR12이고, Y4는 N 또는 CR13이고, Y5는 N 또는 CR14이며, Y1 내지 Y5 중 적어도 하나는 N이고,
    CR10 내지 CR14는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 트리플루오로메틸기이며,
    화학식 1의 X1이 C인 경우, R10 내지 R14 중 적어도 하나는 수소 원자가 아니고,
    Y2 및 Y4 중 적어도 하나가 N인 경우, Y3는 CR12이고, R12는 시아노기가 아니며,
    상기 화학식 7에서,
    A1 내지 A13은 각각 독립적으로 N 또는 CR15이고,
    A1 내지 A8 중 적어도 하나는 N이며, A9 내지 A13 중 적어도 하나는 N이고,
    A1 내지 A13 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며,
    R15는 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 헤테로아릴기이고,
    상기 화학식 8에서,
    B1 내지 B10은 각각 독립적으로 N 또는 CR16이고,
    B1 내지 B10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며,
    X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR17R18, 또는 SiR19R20이고,
    j는 0 또는 1이며, j가 1인 경우 B5 및 B6은 C이며,
    R16 내지 R20은 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 헤테로아릴기이고,
    상기 화학식 9에서,
    E1 내지 E10은 각각 독립적으로 N 또는 CR21이고,
    E1 내지 E10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며,
    X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR22R23, 또는 SiR24R25이고,
    k는 0 또는 1이며, k가 1인 경우 E5 및 E6은 C이며,
    R22 내지 R25는 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 헤테로아릴기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3-1] [화학식 3-2]
    Figure pat00096
    Figure pat00097

    상기 화학식 3-1 및 3-2에서,
    X2, R5, R6, f 및 g는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하고,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR26R27이며,
    R26 및 R27은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 4는 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    Figure pat00098
    .
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 7은 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    Figure pat00099

    Figure pat00100
    .
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8은 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    Figure pat00101
    .
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 9는 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 전계 발광 소자:
    Figure pat00102
    .
  7. 제1항에 있어서,
    Ar은 치환 또는 비치환된 페닐기인 것인 유기 전계 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고,
    상기 도펀트가 상기 다환 화합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다환 화합물은 열 활성 지연 형광용 도펀트인 것인 유기 전계 발광 소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다환 화합물은 470nm 미만의 파장 영역을 갖는 청색 도펀트인 것인 유기 전계 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은
    상기 제1 전극 상에 배치된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층; 및
    상기 정공 수송층 상에 배치된 전자 저지층을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수송 영역은
    상기 발광층 상에 배치된 정공 저지층;
    상기 정공 저지층 상에 배치된 전자 수송층; 및
    상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00103

    Figure pat00104

    Figure pat00105

    Figure pat00106

    Figure pat00107

    Figure pat00108

    Figure pat00109

    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114

    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117

    Figure pat00118

    Figure pat00119

    Figure pat00120

    Figure pat00121

    Figure pat00122
    .
  14. 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00123

    상기 화학식 1에서,
    X1은 C, Si 또는 Ge이고,
    Ar은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이며,
    R1 내지 R4는 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 헤테로아릴기이고,
    a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이며,
    AC는 하기 화학식 2 내지 10 중 어느 하나로 표시된다:
    [화학식 2]
    Figure pat00124

    [화학식 3] [화학식 4]
    Figure pat00125
    Figure pat00126

    [화학식 5] [화학식 6]
    Figure pat00127
    Figure pat00128

    [화학식 7] [화학식 8]
    Figure pat00129
    Figure pat00130

    [화학식 9]
    Figure pat00131

    상기 화학식 2에서,
    Z1 내지 Z13은 각각 독립적으로 CH 또는 N이고, Z1 내지 Z3 중 2개 또는 3개는 N이며, Z4 내지 Z13 중 적어도 하나는 N이고,
    e는 0 이상 2 이하의 정수이며,
    상기 화학식 3에서,
    X2는 O, S 또는 CR8R9이고,
    R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 탄화수소 고리 또는 헤테로 고리를 형성하며,
    f는 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g는 0 이상 4 이하의 정수이며,
    h는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    상기 화학식 4에서,
    i는 0 내지 2의 정수이고,
    Y1은 N 또는 CR10이고, Y2는 N 또는 CR11이고, Y3는 N 또는 CR12이고, Y4는 N 또는 CR13이고, Y5는 N 또는 CR14이며, Y1 내지 Y5 중 적어도 하나는 N이고,
    CR10 내지 CR14는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 또는 트리플루오로메틸기이며,
    화학식 1의 X1이 C인 경우, R10 내지 R14 중 적어도 하나는 수소 원자가 아니고,
    Y2 및 Y4 중 적어도 하나가 N인 경우, Y3는 CR12이고, R12는 시아노기가 아니며,
    상기 화학식 7에서,
    A1 내지 A13은 각각 독립적으로 N 또는 CR15이고,
    A1 내지 A8 중 적어도 하나는 N이며, A9 내지 A13 중 적어도 하나는 N이고,
    A1 내지 A13 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며,
    R15는 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 헤테로아릴기이고,
    상기 화학식 8에서,
    B1 내지 B10은 각각 독립적으로 N 또는 CR16이고,
    B1 내지 B10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며,
    X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR17R18, 또는 SiR19R20이고,
    j는 0 또는 1이며, j가 1인 경우 B5 및 B6은 C이며,
    R16 내지 R20은 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 헤테로아릴기이고,
    상기 화학식 9에서,
    E1 내지 E10은 각각 독립적으로 N 또는 CR21이고,
    E1 내지 E10 중 하나는 화학식 1과 연결되는 부위이며,
    X3은 직접 결합(direct linkage), O, S, CR22R23, 또는 SiR24R25이고,
    k는 0 또는 1이며, k가 1인 경우 E5 및 E6은 C이며,
    R22 내지 R25는 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 헤테로아릴기이다.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 것인 다환 화합물:
    [화학식 3-1] [화학식 3-2]
    Figure pat00132
    Figure pat00133

    상기 화학식 3-1 및 3-2에서,
    X2, R5, R6, f 및 g는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하고,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S 또는 CR26R27이며,
    R26 및 R27은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 5 이하의 알킬기이다.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 4는 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 다환 화합물:
    Figure pat00134
    .
  17. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 7은 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 다환 화합물:
    Figure pat00135

    Figure pat00136
    .
  18. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 8은 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 다환 화합물:
    Figure pat00137
    .
  19. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 9는 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것인 다환 화합물:
    Figure pat00138
    .
  20. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 어느 하나인 것인 다환 화합물.
    [화합물군 1]
    Figure pat00139

    Figure pat00140

    Figure pat00141

    Figure pat00142

    Figure pat00143

    Figure pat00144

    Figure pat00145

    Figure pat00146

    Figure pat00147

    Figure pat00148

    Figure pat00149

    Figure pat00150

    Figure pat00151

    Figure pat00152

    Figure pat00153

    Figure pat00154

    Figure pat00155

    Figure pat00156

    Figure pat00157

    Figure pat00158
    .
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