KR20190138615A - 유기 전자 소자용 조성물 및 이를 이용한 유기 전자 소자 - Google Patents

유기 전자 소자용 조성물 및 이를 이용한 유기 전자 소자 Download PDF

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KR20190138615A
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Abstract

본 발명은 유기 전자 소자용 조성물 및 이를 이용한 유기 전자 소자를 제공한다. 상기 조성물은 하기 식 (I)로 나타내는 제1 호스트 화합물 및 하기 식 (II)로 나타내는 제2 호스트 화합물을 포함한다.
Figure pat00322

식 (I);
Figure pat00323

식 (II);
이 때 Y는 단일 결합, O 또는 S이고; Z1 내지 Z3은 각각 CH 이거나 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개가 함께 결합하여 아릴 고리 또는 헤테로아릴 고리를 형성하며; X1 내지 X3는 중 2개는 각각 질소 원자이고, X1 내지 X3 중 나머지 하나는 CH 또는 질소 원자이며; Q1과 Q2는 각각 CH이거나 Q1과 Q2가 함께 결합하여 아릴 고리를 형성한다.

Description

유기 전자 소자용 조성물 및 이를 이용한 유기 전자 소자{COMPOSITION FOR AN ORGANIC ELECTRONIC DEVICE AND ORGANIC ELECTRONIC DEVICE USING THE SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
35 U.S.C. §119 (e)에 개시된 바와 같이, 본 발명은 2018년 6월 5일자로 출원된 미국 가출원(Provisional Patent Application) 제62/680,625호의 우선권 이익을 주장한다. 선행 출원의 내용은 그 전체가 본원에 포함된다.
기술분야
본 발명은 유기 전자 소자용 조성물 및 이를 이용한 유기 전자 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 발광층용 호스트 화합물을 포함하는 조성물 및 이를 이용한 유기 전자 소자에 관한 것이다.
기술의 발달과 함께, 유기 물질을 이용한 다양한 유기 전자 소자가 활발히 개발되어 왔다. 유기 전자 소자의 예로는, 유기 발광 소자(organic light emitting device, OLED), 유기 광트랜지스터(organic phototransistor), 유기 광 전지(organic photovoltaic cell), 및 유기 광검출기(organic photodetector)가 포함된다.
유기 발광 소자(organic light emitting device, OLED)는, 이스트만 코닥사 (Eastman Kodak Company)가 진공 증발법(vacuum evaporation method)을 통해 최초로 발명하고 제안했다. 코닥사의 Dr. Ching W. Tang 및 Steven VanSlyke는 유기 방향족 디아민의 정공 수송층(hole transport layer)이 그 위에 형성된 투명한 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, "ITO"로 약칭) 유리 상에, 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)("Alq3"로 약칭)과 같은 전자 수송 물질을 증착시킨 후, 이어서 전자 수송층 상에 금속 전극을 증착시켜 OLED 제작을 완료했다. OLED는, 빠른 응답 속도, 경량, 압축성, 넓은 시야각, 고휘도, 높은 명암비, 백라이트(back light)의 비사용, 및 저전력 소모 등의 수많은 장점을 갖기 때문에 주목을 끌고 있다. 그러나, OLED에는 여전히 저효율과 같은 문제점이 있다.
저효율 문제를 극복하기 위한 한 가지 접근법은 캐소드(cathode)와 애노드(anode) 사이에 몇 개의 중간층(interlayer)을 끼워넣는 것이다. 도 1을 참조할 때, 변형된 OLED(1)는, 기재(11), 애노드(12), 정공 주입층(hole injection layer, "HIL"로 약칭)(13), 정공 수송층(hole transport layer, "HTL"로 약칭)(14), 발광층(emission layer, "EL"로 약칭)(15), 전자 수송층(electron transport layer, "ETL"로 약칭)(16), 전자 주입층(electron injection layer, "EIL"로 약칭)(17), 및 캐소드(18)를 순차적으로 적층한 구조를 가질 수 있다. 애노드(12) 및 캐소드(18) 사이에 전압을 공급하면, 애노드(12)로부터 주입된 정공은 HIL 및 HTL을 거쳐 EL로 이동하고, 캐소드(18)로부터 주입된 전자는 EIL 및 ETL을 거쳐 EL로 이동한다. EL에서 전자와 정공이 재결합하여 엑시톤(exciton)이 생성되고, 이 엑시톤이 들뜬 상태(excited state)에서 바닥 상태(ground state)로 떨어질 때 빛을 방출한다.
다른 접근법은, EL의 호스트 물질로서 1,3,5-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸-2-일)벤젠(TPBi)을 채택하는 것이다. 그러나, 전술한 EL의 호스트 물질을 이용하더라도, OLED의 구동 전압 및 전류 효율은 여전히 향상될 필요가 있다.
그러므로, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 완화시키거나 제거하기 위해, 신규 조성물을 제공한다.
본 발명의 목적은 유기 전자 소자용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유기 전자 소자의 구동 전압을 감소시키고 전류 효율을 향상시키기 위해, 상기 조성물을 이용한 유기 전자 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물을 포함하는 유기 전자 소자용 조성물을 제공한다.
제1 호스트 화합물은 하기 식 (I)로 표시된다:
Figure pat00001
.
식 (I)에서, Y는 단일결합, 산소 원자 또는 황 원자이다.
식 (I)에서, Z1 내지 Z3는 각각 독립적으로 CH이고, 식 (I)의 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개는 함께 결합하여 아릴 고리를 형성하며, Z1 내지 Z3 중 나머지 1개는 CH이고, 또는 식 (I)의 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개는 함께 결합하여 1개 이상의 퓨란기 또는 1개 이상의 티오펜기를 함유하는 헤테로아릴 고리를 형성하고 Z1 내지 Z3 중 나머지 1개는 CH이다.
식 (I)에서, X1 내지 X3 중 2개는 각각 독립적으로 질소 원자이고, X1 내지 X3 중 나머지 1개는 CH 또는 질소 원자이다.
식 (I)에서, L', L1 및 L2는 각각 독립적으로 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴렌기(arylene group)이다. L', L1 및 L2은 동일하거나 상이하다.
식 (I)에서, n', n1 및 n2은 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이다. n', n1 및 n2는 동일하거나 상이하다.
식 (I)에서, G1 및 G2는 각각 독립적으로, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴기, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴옥시기(aryloxy group), 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴티옥시기(arylthioxy group), 또는 N, O, 또는 S 원자를 함유하고 고리 탄소 원자 수가 3 내지 30개인 헤테로아릴기이다. G1과 G2는 동일하거나 상이하다.
제2 호스트 화합물은 하기 식 (II)로 표시된다:
Figure pat00002
.
식 (II)에서, L3은 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴렌기이다.
식 (II)에서, n3은 0 내지 2인 정수이다.
식 (II)에서, Q1과 Q2는 각각 독립적으로 CH, 또는 Q1과 Q2가 함께 결합하여 아릴 고리를 형성한다.
식 (II)에서, G4와 G5는 각각 독립적으로, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴기, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴옥시기, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴티옥시기, 또는 N, O, 또는 S 원자를 포함하면서 고리 탄소 원자 수가 3 내지 30개인 헤테로아릴기이다.
트리아진 모이어티(triazine moiety)를 포함하거나 피리미딘 모이어티인 제1 호스트 화합물 및 2개 이상의 카바졸 모이어티(carbazole moieties)를 포함하는 주 골격을 가진 제2 호스트 화합물을 포함함으로써, 조성물 중의 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물은 엑시플렉스(exciplex)를 형성할 수 있다. 즉, 제1 호스트 화합물은 엑시플렉스의 수용체 화합물(acceptor compound)이고, 제2 호스트 화합물은 엑시플렉스의 공여체 화합물(donor compound)이다. 그러므로, 유기 전자 소자용 조성물은 이를 이용한 유기 전자 소자의 구동 전압을 감소시키고, 전류 효율을 향상시킨다.
본 발명에 따르면, 제1 호스트 화합물은 하기 식 (I')로 표시될 수 있고:
Figure pat00003
여기서, Y, Z1 내지 Z3, X1 내지 X3, L1, L2, n1, n2, G1 및 G2는 전술한 바와 같다.
Y는 단일결합이고 Z1 내지 Z3가 전부 각각 (CH)인 경우, 제1 호스트 화합물은, 예를 들어,
Figure pat00004
또는
Figure pat00005
로 표시될 수 있다.
Y가 단일결합이고 Z1 내지 Z3 중 인접하는 2개가 함께 결합하여 1개 이상의 퓨란기를 포함하는 헤테로아릴이고 Z1 내지 Z3 중 나머지 1개가 CH인 경우, 제1 호스트 화합물은, 예를 들어,
Figure pat00006
로 표시될 수 있다.
식 (I-II) 및 (I-III)의 경우, Z1은 CH이고 Z2와 Z3가 함께 결합하여 퓨란기 1개를 형성한다.
식 (I-VI) 및 (I-VII)의 경우, Z1과 Z2는 함께 결합하여 퓨란기 1개를 형성하며, Z3가 CH이다.
Y가 단일결합이고 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개가 함께 결합하여 1개 이상의 티오펜기(thiophene group)를 형성하며 Z1 내지 Z3 중 나머지 1개가 CH인 경우에, 제1 호스트 화합물은, 예를 들어,
Figure pat00007
로 표시된다.
식 (I-IV) 및 (I-V)의 경우, Z1은 CH이고 Z2와 Z3가 함께 결합하여 티오펜기 1개를 형성한다.
식 (I-VIII) 및 (I-IX)의 경우, Z1과 Z2는 함께 결합하여 티오펜기 1개를 형성하고, Z3가 CH이다.
Y는 산소 원자이고 Z1 내지 Z3가 각각 독립적으로 CH인 경우이거나, Y가 산소 원자이고 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개가 함께 결합하여 아릴고리를 형성하고 Z1 내지 Z3 중 나머지 1개가 CH인 경우에, 제1 호스트 화합물은, 예를 들어,
Figure pat00008
로 표시된다.
식 (I-X)의 경우, Z1 내지 Z3는 전부 각각 (CH)이다.
식 (I-XI)의 경우, Z1은 CH이고 Z2와 Z3가 함께 결합하여 나프틸기 1개를 형성한다.
식 (I-XII)의 경우, Z1과 Z2는 함께 결합하여 나프틸기 1개를 형성하고 Z3가 CH이다.
Y가 황 원자이고 Z1 내지 Z3 는 각각 독립적으로 CH인 경우이거나, Y가 황 원자이고 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개가 함께 결합하여 아릴고리를 형성하며 Z1 내지 Z3 중 나머지 1개가 CH인 경우에, 제1 호스트 화합물은, 예를 들어,
Figure pat00009
로 표시된다.
식 (I-XIII)의 경우, Z1 내지 Z3는 전부 각각 (CH)이다.
식 (I-XIV)의 경우, Z1은 CH이고 Z2와 Z3는 함께 결합하여 나프틸기 1개를 형성한다.
식 (I-XV)의 경우, Z1과 Z2는 함께 결합하여 나프틸기 1개를 형성하고 Z3는 CH이다.
바람직하게는, L', L1 및 L2는 각각 독립적으로 페닐렌기(phenylene group)이다.
바람직하게는, n'은 0 또는 1인 정수이다.
바람직하게는, n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 또는 1인 정수이다. 일부 경우, n1 과 n2 둘다 0인 정수이다. 다른 경우, n1 과 n2 둘다 1인 정수이다. 다른 경우, n1은 1인 정수이고 n2는 0인 정수이다. 다른 경우, n1은 0인 정수이고 n2는 1인 정수이다.
구체적으로는, G1과 G2는 소정의 방향족 치환기일 수 있다. 상기 소정의 방향족 치환기는,
Figure pat00010
Figure pat00011
및
Figure pat00012
로 구성된 군에서 선택되고,
여기서 X는 O, S, 또는
Figure pat00013
이며;
여기서 *는 결합자리이고;
p는 1 내지 5인 정수, m은 1 내지 4인 정수, n은 1 내지 3인 정수이며;
A1 내지 A3는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 탄소 원자 수가 1 내지 6개인 알킬기, 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알케닐기, 및 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알키닐기로 구성된 군에서 선택된다.
구체적으로는, 식 (I) 또는 식 (I')로 표시되는 제1 호스트 화합물의 (L1)n1-G1 과 (L2)n2-G2의 기는 각각 독립적으로,
Figure pat00014
로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, G1 또는 G2로 표시되는 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴기는,
Figure pat00015
Figure pat00016
로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
더 바람직하게는, G1 또는 G2로 표시되는 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴기는, 페닐기, 나프틸기 및 3, 5-디페닐페닐기로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, G1 또는 G2로 표시되는, N, O, 또는 S 원자를 포함하고 고리 탄소 원자 수가 3 내지 30개인 헤테로아릴기는,
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 식 (I) 또는 식 (I')로 표시되는 제1 호스트 화합물의
Figure pat00020
의 기는,
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
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Figure pat00030
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Figure pat00060
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Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
Figure pat00066
Figure pat00067
Figure pat00068
로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 제1 호스트 화합물은,
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
Figure pat00072
Figure pat00073
Figure pat00074
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Figure pat00092
Figure pat00093
Figure pat00094
Figure pat00095
로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 제1 호스트 화합물은,
Figure pat00096
Figure pat00097
Figure pat00098
Figure pat00099
Figure pat00100
Figure pat00101
Figure pat00102
Figure pat00104
Figure pat00105
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Figure pat00131
Figure pat00132
Figure pat00133
Figure pat00134
또는
Figure pat00135
중 임의의 하나의 화합물일 수 있다.
또는, 예를 들어, 제1 호스트 화합물은,
Figure pat00136
Figure pat00137
Figure pat00138
Figure pat00139
Figure pat00140
Figure pat00141
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Figure pat00174
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Figure pat00192
Figure pat00193
Figure pat00194
Figure pat00195
Figure pat00196
또는
Figure pat00197
의 화합물들 중 임의의 하나일 수 있다.
제1 호스트 물질은 미국 특허 출원 공보 제2017/0213978 A1호, 제2017 /0213970 A1호, 제2018/0159044 A1호, 및 제2018/0155312 A1호에 개시된 화합물 중 임의의 하나일 수도 있다.
바람직하게는, 제2 호스트 화합물은 하기 식 (II-I) 내지 (II-III) 중 임의의 하나로 표시될 수 있다:
Figure pat00198
Figure pat00199
Figure pat00200
여기서, W1과 W2는 각각 독립적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 또는 페닐기이다.
식 (II-I)의 경우, Q1과 Q2는 둘다 각각 (CH)이다.
식 (II-II) 및 (II-III)의 경우, Q1과 Q2는 함께 결합하여 아릴고리를 형성한다.
바람직하게는, L3는 페닐렌기이다.
바람직하게는, n3는 0 또는 1인 정수이다.
구체적으로는, G4와 G5는 소정의 방향족 치환기일 수 있다. 상기 소정의 방향족 치환기는,
Figure pat00201
Figure pat00202
로 구성된 군에서 선택되며,
여기서 X'은 O, S, 또는
Figure pat00203
이고,
여기서 *는 결합자리이며,
p'는 1 내지 5인 정수, m'은 1 내지 4인 정수, n'은 1 내지 3인 정수이고,
A4 내지 A6는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 탄소 원자 수가 1 내지 6개인 알킬기, 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알케닐기, 및 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알키닐기로 구성된 군에서 선택된다.
바람직하게는, G4 또는 G5로 표시되고 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴기는 페닐기, 비페닐릴기, 및 나프틸기로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
더 바람직하게는, G4와 G5는 각각 독립적으로,
Figure pat00204
로 구성된 군에서 선택된다.
예를 들어, 제2 호스트 화합물은,
Figure pat00205
Figure pat00206
Figure pat00207
Figure pat00208
Figure pat00209
Figure pat00210
Figure pat00211
Figure pat00212
Figure pat00213
Figure pat00214
Figure pat00215
Figure pat00216
Figure pat00217
Figure pat00218
Figure pat00219
Figure pat00220
Figure pat00221
로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따라, 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물간의 중량비는 3:7 내지 7:3이다. 바람직하게는, 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물간의 중량비는 4:6 내지 6:4이다. 일부 경우, 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물간의 중량비는 4.5:5.5 내지 5.5:4.5이다.
본 명세서에서, L', L1, L2, 또는 L3로 표시된 상기 "고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴렌기"는 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 비치환된 아릴렌기, 또는 6 내지 18개의 고리 탄소 원자를 가지면서 수소가 아닌 하나 이상의 치환기로 치환된 아릴렌기일 수 있다. 아릴렌기 상에 하나 이상의 치환기는: 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 탄소 원자 개수가 1 내지 12개인 알킬기, 탄소 원자 개수가 2 내지 12개인 알케닐기, 탄소 원자 개수가 2 내지 12개인 알키닐기, 탄소 원자 개수가 1 내지 12개인 알콕시기로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 "아릴기"는 비치환된 아릴기 또는 수소 원자가 아닌 1개 이상의 치환기로 치환된 아릴기일 수 있고, 상기 "헤테로아릴기"는 비치환된 헤테로아릴기 또는 수소 원자가 아닌 1개 이상의 치환기로 치환된 헤테로아릴기일 수 있다. 유사하게, 상기 "아릴옥시기"는 비치환된 아릴옥시기 또는 수소 원자를 제외한 하나 이상의 치환기로 치환된 아릴옥시기일 수 있으며; 상기 "아릴티옥시"는 비치환된 아릴티옥시기 또는 수소 원자를 제외한 하나 이상의 치환기로 치환된 아릴티옥시기일 수 있다.
상기 아릴기 상에 1개 이상의 치환기는, 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 탄소 원자 개수가 1 내지 12개인 알킬기, 탄소 원자 개수가 2 내지 12개인 알케닐기, 탄소 원자 개수가 2 내지 12개인 알키닐기, 및 탄소 원자 개수가 1 내지 12개인 알콕시기로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 상기 헤테로아릴기, 아릴옥시기 또는 아릴티옥시기 상에 치환기는 전술한 아릴기 상에 1개 이상의 치환기 중 임의의 하나와 유사할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 "알킬기"는 비치환된 알킬기, 또는 수소 원자가 아닌 1개 이상의 치환기로 치환된 알킬기일 수 있고, 상기 "알케닐기"는 비치환된 알케닐기 또는 수소 원자가 아닌 1개 이상의 치환기로 치환된 알케닐기일 수 있으며, 상기 "알키닐기"는 비치환된 알키닐기 또는 수소 원자가 아닌 1개 이상의 치환기로 치환된 알키닐기일 수 있고, 상기 알킬기, 알케닐기, 또는 알키닐기 상에 치환기는, 예를 들어, 중수소 원자일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 유기층을 포함하는 유기 전자 소자도 제공한다. 이 유기층은 전술한 조성물을 포함한다.
바람직하게는, 유기 전자 소자는 유기 발광 소자(OLED)이다. 더 바람직하게는, 상기 유기 전자 소자는 녹색 유기 전자 소자 또는 적색 유기 전자 소자이다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물은 EL의 호스트 물질, 특히 녹색 또는 적색 OLED용 호스트 물질로서 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로는, 이 유기 발광 소자는,
제1 전극 상에 형성된 정공 주입층;
정공 주입층 상에 형성된 정공 수송층;
정공 수송층 상에 형성된 발광층;
발광층 상에 형성된 전자 수송층;
전자 수송층과 제2 전극 사이에 형성된 전자 주입층;을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 유기층은 발광층일 수 있으며, 즉, 발광층은 전술한, 제1 및 제2 호스트 화합물을 포함하는 조성물인 제1 호스트 물질을 포함한다.
예를 들어, 발광층은 단일층 구조 또는 다층 구조일 수 있다. 발광층이 다층 구조인 경우, 예를 들어, 발광층이 제1 발광층과 제2 발광층을 포함하는 경우, 제1 발광층의 제1 호스트 물질은 하나의 전술한 조성물로 제조될 수 있고, 제2 발광층의 제2 호트스 물질은 또 다른 하나의 전술한 조성물이나 임의의 하나의 통상적인 화합물로 제조될 수 있다.
바람직하게는, 발광층은 화합물 I-1 내지 I-75와 같은 제1 호스트 화합물, 및 화합물 II-1 내지 II-48과 같은 제2 호스트 화합물을 포함하는 조성물을 포함한다. 호스트 물질로서 상기의 조성물을 이용하는 OLED는 구동 전압을 감소시키고 전류 효율을 향상시킬 수 있다.
또 다른 구현예에서, 상기 발광층은 도펀트(dopant)를 더 포함할 수 있다.
녹색 OLED의 경우, 발광 물질의 도펀트는, 예를 들어: 디아미노플루오렌(diaminofluorenes); 디아미노안트라센; 또는 페닐피리딘 리간드를 갖는 이리듐(II) 올가노메탈릭 화합물이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적색 OLED의 경우, 발광 물질의 도펀트는, 예를 들어: 퀴놀린 리간드, 이소퀴놀린 리간드, 플루오란텐 리간드(fluoranthene ligands) 또는 페리란텐 리간드(periflanthene ligands)를 가진 이리듐(II)의 올가노메탈릭 화합물이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 발광층의 다양한 호스트 물질로 인해, OLED는 녹색이나 적색으로 발광할 수 있다.
바람직하게는, 정공 주입층은 2층 구조일 수 있고, 즉, OLED는, 제1 전극과 정공 수송층 사이에 배치된 제1 정공 주입층 및 제2 정공 주입층을 포함한다.
상기 제1 및 제2 정공 주입층은, 예를 들어, 폴리아닐린, 또는 폴리에틸렌디옥시티오펜으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 정공 수송층은 2층 구조일 수 있고, 즉, OLED는 2층의 정공 주입층 및 발광층 사이에 배치된 제1 정공 수송층 및 제2 정공 수송층을 포함한다.
상기 제1 및 제2 정공 수송층은, 예를 들어, N 1 ,N 1' -(비페닐-4,4'-디일)비스(N 1 -(나프탈렌-1-일)-N 4 ,N 4' -디페닐벤젠-1,4-디아민(N 1 ,N 1' -(biphenyl-4,4'-diyl)bis(N 1 -(naphthalen-1-yl)-N 4 ,N 4' -diphenylbenzene-1,4-diamine)); 또는 N 4 ,N 4' -디(나프탈렌-1-일)-N 4 ,N 4' -디페닐비페닐-4,4'-디아민(N 4 ,N 4' -di(naphthalen-1-yl)-N 4 ,N 4' -diphenylbiphenyl-4,4'-diamine, NPB)으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 발광층으로부터 전자 수송층으로 정공이 오버플로(overflow)하는 것을 차단하기 위해, OLED는 전자 수송층 및 발광층 사이에 형성된 정공 차단층을 포함한다. 상기 정공 차단층은 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, BCP) 또는 2,3,5,6-테트라메틸-페닐-1,4-(비스-프탈이미드)(2,3,5,6-tetramethyl-phenyl-1,4-(bis-phthalimide), TMPP)로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 발광층으로부터 정공 수송층으로 전자가 오버플로하는 것을 차단하기 위해, OLED는 정공 수송층 및 발광층 사이에 형성된 전자 차단층을 포함한다. 상기 전자 차단층은, 9,9′-[1,1′-비페닐]-4,4′-디일비스-9H-카바졸(9,9′-[1,1′-비페닐]-4,4′-디일비스-9H-카바졸)(9,9′-[1,1′-biphenyl]-4,4′-diylbis-9H-carbazole, CBP) 또는 4,4′,4″-트리(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4′,4″-트리(N-카바졸릴)-트리페닐아민)(4,4′,4″-tri(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA)으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
OLED에 이런 정공 차단층 및/또는 전자 차단층이 존재하면, OLED는 통상 OLED보다 높은 발광 효율을 가진다.
바람직하게는, 전자 수송층은 3,3′-[5′-[3-(3-피리디닐)페틸][1,1′:3′,1″-터페닐]-3,3″-디일]비스피리딘(3,3′-[5′-[3-(3-Pyridinyl)phenyl][1,1′:3′,1″-terphenyl]-3,3″-diyl]bispyridine, TmPyPb), 3-(비페닐-4-일)-5-(4-tert--부틸페닐)-4-페닐-4H-1,2,4-트리아졸(3-(Biphenyl-4-yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole, TAZ), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보레인(tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane, 3TPYMB), 1,3-비스(3,5-디피리드-3-일-페닐)벤젠(1,3-bis(3,5-dipyrid-3-yl-phenyl)benzene, BmPyPb), 또는 9,10-비스(3-(피리딘-3-일)페닐)안트라센(9,10-bis(3-(pyridin-3-yl)phenyl)anthracene, yPA)으로 제조되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주입층은, 전자 주입 물질로 제조될 수 있고, 그 예로 (8-옥시도나프탈렌-1-일)리튬(II)((8-oxidonaphthalen-1-yl)lithium(II))가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극은, 예를 들어, 인듐-도핑된 산화주석(tin oxide) 전극일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극은 제1 전극보다 낮은 일 함수(work function)를 가진다. 제2 전극은, 예를 들어, 알루미늄 전극, 인듐 전극, 또는 마그네슘 전극일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 특징은 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 OLED의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 화합물 I-4, 화합물 II-2 및 화합물 16의 광발광 스펙트럼(photoluminescence spectra)이다.
이하, 하기 실시예들로부터, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 조성물 및 이를 이용하는 유기 발광 소자의 장점 및 효과를 용이하게 실현할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 제안된 설명은 예시의 목적만을 위한, 단지 바람직한 예일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 실시하거나 적용하기 위해 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다.
유기 전자 소자용 조성물의 제1 호스트 화합물
[표 1] 제1 호스트 화합물의 화학구조
Figure pat00222
Figure pat00223
Figure pat00224
Figure pat00225
제1 호스트 화합물용 화합물 I-1 내지 I-15 및I-28 의 합성
제1 호스트 화합물에 사용되는 화합물 I-1 및 I-2을 하기 단계를 거쳐 합성했다. 합성 경로를 개략도 R1로 요약했다.
Figure pat00226
개략도 R1;
상기 중간체 C1은
Figure pat00227
였고, 중간체 C2는
Figure pat00228
였다.
전술한 중간체 C2와 중간체 C1를 각각 채택함으로써 미국 특허 출원 공보 제2017/0213978 A1호에서 화합물 VII 및 VI의 합성 방법과 동일한 반응 메커니즘을 통해 화합물 I-1 및 I-2를 얻을 수 있었다.
또한, 화합물 I-7를 미국 특허 출원 공보 제2017/0213978 A1호에 화합물 III의 합성 방법과 동일한 반응 메커니즘을 통해 얻을 수 있었고, 상기 합성 방법은 전술한 중간체 C1을 사용하는 개략도 R1과 유사하지만, 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진(CAS No. 3842-55-5)를 대체하기 위해 4-클로로-2,6-디페닐피리미딘(4-chloro-2, 6-diphenylpyrimidine, CAS No. 29509-91-9)를 채택했다.
화합물 I-3 내지 I-6, I-8 내지 I-15 및 I-28의 경우, 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진을 대체하기 위해 중간체 C1 또는 C2 및 트리아진 또는 피리미딘 모이어티를 포함하는 다른 반응물을 각각 채택함으로써 개략도 R1과 유사한 반응 메카니즘을 통해 성공적으로 합성했다. 화합물 I-3 내지 I-6, I-8 내지 I-15 및 I-28을 합성에 사용되는 트리아진 또는 피리미딘 모이어티를 포함하는 소정의 반응물 및 중간체 C1 또는 C2을 표 2에 나열하였고; 또한, 화합물 I-3 내지 I-6, I-8 내지 I-15 및 I-28이 FD-MS로 확인되었으며, 화합물 I-3 내지 I-6, I-8 내지 I-15 및 I-28 각각의 화학구조, 수율, 식 및 질량도 표 2-1에 나열했다. 화합물 I-3 내지 I-6, I-8 내지 I-15 및 I-28을 H1-NMR로 확인하고 그 결과를 표 2-2에 나열했다.
화합물 I-10을 위한 반응물의 제조
화합물 I-10을 합성하는 데 사용되는
Figure pat00229
을 하기 단계를 거쳐 합성했다. 합성 경로를 개략도 R1-1로 요약했다.
Figure pat00230
개략도 R1-1
디벤조[b,d]퓨란-1-일보론산(1.0 eq), 2,4-디클로로-6-(D5)페닐-1,3,5-트리아진(1.1eq), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐[Pd2(dba)3](0.015 eq), 트리페닐포스핀(PPh3)의 혼합물을, 메톡시메탄(DME)(0.5M)과 Na2CO3 수용액(2.0 M)의 혼합 용액에 교반했다. 상기 반응 혼합물을 약 65℃ 내지 70℃로 가열하고 질소 분위기 하에서 24시간 동안 교반했다. 반응 완결 후, 물과 톨루엔을 반응 혼합물에 첨가했다. 그 후, 유기층을 용매 추출로 회수하였고, 소듐 설페이트 상에서 건조시켰다. 그 다음, 용매를 감압 하에서 제거하였고, 제거 뒤 남은 잔여물을 메탄올로 세척하며, 백색 고체 생성물인,
Figure pat00231
을 80% 수율로 얻었다. 상기 FD-MS 분석: C21H7D5ClN3O; 측정값은 362.82.
[표 2-1] 화합물 I-3 내지 I-6, I-8 내지 I-15 및 I-28을 제조하기 위해 채택된 중간체 C1 또는 C2 및 반응물, 및 이들의 수율, 식, 및 FD-MS 데이터
Figure pat00232
Figure pat00233
Figure pat00234
Figure pat00235
[표 2-2] 화합물 I-3 내지 I-6, I-8 내지 I-15 및 I-28의 H1-NMR 결과
Figure pat00236
Figure pat00237
Figure pat00238
Figure pat00239
Figure pat00240
제1 호스트 화합물용 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27 의 합성
제1 호스트 화합물로 사용되는 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27을 하기 단계를 거쳐 합성했다. 상기 합성 경로를 개략도 R2로 요약했다.
Figure pat00241
개략도 R2;
상기 중간체 C1'은
Figure pat00242
였고 중간체 C2'는
Figure pat00243
였다.
중간체 C1' 및 C2'는, 미국 특허 출원 공보 제2017/0213970 A1호에 중간체 D1 및 D2로부터 스즈키-미야우라 반응(Suzuki-Miyaura reaction)을 통해 얻을 수 있다.
중간체 C1' 또는 C2'(1.0 eq), 반응물 Bn(1.2 eq), Pd(OAc)2(0.01 eq), 및 2-(디시클로헥실포스피노)비페닐[P(Cy)2(2-biPh)](0.04 eq)을, 톨루엔/에탄올(0.5M, v/v=10/1)과 3.0 M의 K2CO3 수용액의 혼합 용액에 교반했다. 상기 반응 혼합물을 약 100℃로 가열하고 질소 분위기 하에서 12시간 동안 교반했다. 반응 완결 후, 물 및 톨루엔을 반응 혼합물에 첨가했다. 그 후, 상기 유기층을 용매 추출로 회수하고, 소듐 설페이트 상에서 건조시켰다. 그 다음, 상기 용매를 감압 하에서 제거하고, 그에 따른 잔여물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피로 정제했다. 상기 수득 잔여물을 톨루엔으로 재결정하여 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27로 백색 고체 생성물을 수득했다.
화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27의 경우, 중간체 C1' 또는 C2' 및 트리아진 또는 피리미딘 모이어티를 포함하는 다른 반응물 Bn을 각각 채택함으로써 개략도 R2와 같은 반응 메카니즘을 통해 성공적으로 합성할 수 있었다. 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27를 합성하는 데 사용되는 중간체 C1' 또는 C2' 및 트리아진 또는 피리미딘 모이어티를 포함하는 소정의 반응물 Bn을 표 3에 나열하고; 또한, 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27을 FD-MS로 확인하였으며, 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27 각각의 화학구조, 수율, 식 및 질량도 표 3-1에 나열했다. 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27을 H1-NMR (500 MHz, CDCl3)로 확인하였고 그 결과를 표 3-2에 나열했다.
[표 3-1] 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27을 제조하기 위해 채택된 중간체 C1' 또는 C2' 및 반응물 및 상기 화합물의 수율, 식, 및 FD-MS 데이터
Figure pat00244
Figure pat00245
[표 3-2] 화합물 I-16 내지 I-19 및 I-27의 H1-NMR 결과
Figure pat00246
Figure pat00247
제1 호스트 화합물을 위한 화합물 I-20 내지I-23의 합성
제1 호스트 화합물로서 사용된 화합물 I-20 내지 I-23를 하기 단계를 거쳐 합성했다. 반응 경로를 개략도 R3으로 요약했다.
Figure pat00248
개략도 R3;
상기 중간체 Cn-B는
Figure pat00249
(중간체 C1-B)이거나,
Figure pat00250
(중간체 C2-B)이거나,
Figure pat00251
(중간체 C7-B)이거나,
Figure pat00252
(중간체 C3-B)이었다.
미국 특허 출원 공보 제2018/0159044 A1호에 기술된 화합물 V, IX, XIX 및 VII의 합성 방법과 동일한 반응 메커니즘을 통해 전술한 중간체 C1-B, 중간체 C2-B, 중간체 C7-B 및 중간체 C3-B를 각각 채택함으로써 화합물 I-20 내지 I-23을 얻을 수 있었다.
제1 호스트 화합물을 위한 화합물 I-24 내지 I-26의 합성
제1 호스트 화합물에 사용되는 화합물 I-24 및 I-25를 하기 단계를 거쳐 합성했다. 반응 경로를 개략도 R4로 요약했다.
Figure pat00253
개략도 R4;
상기 중간체 Dn-B는
Figure pat00254
(중간체 D1-B) 또는
Figure pat00255
(중간체 D4-B)이었다.
미국 특허 출원 공보 제2018/0155312 A1호에 화합물 VI 및 VII의 합성 방법과 동일한 반응 메커니즘을 통해 전술한 중간체 D1-B, 중간체 D4-B를 각각 채택함으로써 화합물 I-24 및 I-25를 얻을 수 있었다.
미국 특허 출원 공보 제2018/0155312 A1호에 기술된 화합물 VI 및 VII의 합성 방법과 동일한 반응 메커니즘을 통해 전술한 중간체 D1-B, 중간체 D4-B를 각각 채택함으로써 화합물 I-24 및 I-25를 얻을 수 있었다.
또한, 미국 특허 출원 공보 제2018/0155312 A1호에 기술된 화합물 III의 합성 방법과 같은 반응 메카니즘을 통해 화합물 I-26을 얻을 수 있었고, 상기 합성 방법은 전술한 중간체 D1-B를 사용하는 개략도 R4와 유사했으나, 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 4-클로로-2,6-디페닐피리미딘(4-chloro-2,6-diphenylpyrimidine)을 채택했다.
유기 전자 소자용 조성물의 제2 호스트 화합물
[표 4] 제2 호스트 화합물의 화학구조 및 CAS No.
Figure pat00256
유기 전자 소자용 조성물의 제조
전술한 표 1에 나열된 제1 호스트 화합물 및 표 4에 나열된 제2 호스트 화합물을 적절한 양으로 채택함으로써 조성물 1 내지 51을 각각 수득하였는데, 조성물 1 내지 51에 사용된 전술한 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물의 종류는 표 5에 나열되어 있다. 조성물 1 내지 47의 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물간의 질량비는 1 : 1였고; 조성물 48 내지 50의 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물간의 질량비는 6 : 4였으며; 조성물 51의 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물간의 질량비는 4 : 6 이었다.
표 5에 나열된 바와 같이, 1 : 1의 질량비로, TPBi와 화합물 II-2의 조성물 또는 TPBi와 화합물 II-1의 조성물을 채택함으로써 조성물 52 및 53을 각각 얻었다.
[표 5] 조성물 1 내지 53의 제1 및 제2 호스트 화합물의 물질 및 이들간의 질량비
Figure pat00257
Figure pat00258
Figure pat00259
Figure pat00260
광발광(photoluminescence, PL) 스펙트럼의 분석
아세톤 및 이소프로필알코올로 세척한 500Å의 두께의 유리 기재를 제조했다. 표 1에 나열된 화합물 I-1 내지 I-28, 표 4에 나열된 화합물 II-1 내지 II-4 및 표 5에 나열된 조성물 1 내지 53을, 10-6torr의 진공도(vacuum degree) 하에서 각각의 유리 기재상에 증착하여, 화합물 I-1 내지 I-28, 화합물 II-1 내지 II-4 및 조성물 1 내지 53의 PL 시험 필름을 제조했다.
조성물 2, 8, 9, 13, 14, 16, 17, 19, 28 내지 39, 42, 43, 45 내지 47, 52 및 해당 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물의 PL 시험 필름들은 각각 형광 분광광도계(fluorescence spectrophotometer(Hitachi Fl-7000))로 측정하여, 각각의 PL 스펙트럼 세트를 얻은 다음, 이들의 각 PL 스펙트럼 세트의 최대 방출 파장(λmax)을 표 6에 요약했다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 조성물 16 및 이들의 화합물 I-4 과 화합물 II-2의 구성 성분의 PL 스펙트럼을 측정하고 기록했다.
[표 6] 조성물 2, 8, 9, 13, 14, 16, 17, 19, 28 내지 39, 42, 43, 45 내지 47 및 52의 λmax, 및 해당 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물의 λmax
Figure pat00261
Figure pat00262
표 6 및 도 2에서 나타낸 바와 같이, 각각의 PL 스펙트럼 세트에서, 조성물 2, 8, 9, 13, 14, 16, 17, 19, 28 내지 39, 42, 43, 및 45 내지 47의 λmax는 해당 제1 호스트 및 제2 호스트 화합물의 λmax과 비교할 때, 더 긴 파장 범위로 적색편이(red shift)됨을 명백하게 발견하였다. 그러나, 조성물 52의 λmax에 대한 적색편이 정도는 조성물 2, 8, 9, 13, 14, 16, 17, 19, 28 내지 39, 42, 43, 및 45 내지 47의 것보다 명백하게 더 작았다. 따라서, 조성물 2, 8, 9, 13, 14, 16, 17, 19, 28 내지 39, 42, 43 및 45 내지 47의 해당 제1 호스트 화합물 및 제2 호스트 화합물은 엑시플렉스를 각각 형성한다는 것을 입증했다.
OLED 소자의 제조
1500Å의 두께의 ITO 층이 코팅된 유리 기재("ITO 기재"로 약칭)를 세제가 용해되어 있는 증류수에 넣고, 초음파 세척했다. 이 세제는 Fischer가 제조한 제품이었고, 증류수는 필터(Millipore 사)를 통해 2회 여과시킨 것이었다. 이 ITO층을 30분 동안 세척한 후, 증류수로 10분씩 2회 초음파 세척했다. 세척을 완료한 후, 유리 기재를 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 아세톤(acetone) 및 메탄올(methanol) 용매로 초음파 세척한 후, 건조하였고, 건조 후에 이를 플라즈마 클리너(plasma cleaner)로 옮겼다. 그 후, 기재를 산소 플라즈마로 5분 동안 세정(clean)한 후, 이를 진공 증발기(vacuum evaporator)로 옮겼다.
그 후, 다양한 유기물 및 금속 물질을 ITO 기재상에 순차적으로 증착시켜, 실시예 1 내지 43 및 비교예 1 및 2에 기재된 OLED 소자를 수득했다. 증착시키는 동안, 진공도(vacuum degree)를 1x10-6 내지 3x10-7torr로 유지했다. 이 ITO 기재엔, 제1 정공 주입층(HIL-1), 제2 정공 주입층(HIL-2), 정공 수송층(HTL), 녹색/적색 발광층(GEL/REL), 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL), 및 캐소드(Cthd)를 증착시켰다.
여기서, HI는 HIL-1 및 HIL-2를 형성하기 위한 물질이었고; HI-D는 HIL-1를 형성하기 위한 물질이었다. HT는 HTL을 형성하기 위한 물질이었고; ET는 ETL를 형성하기 위한 물질이었다. Liq는 ETL 및 EIL를 형성하기 위한 물질이었다. 조성물 1 내지 53는 각각 GEL/REL를 형성하기 위한 GH/RH의 물질이었고, GD/RD는 각각 GEL/REL을 형성하기 위한 도펀트였다. 상기 실시예와 비교예 사이의 OLED의 주된 차이는 하기 비교예의 OLED의 GEL/REL은 TPBi를 함유한 조성물 52 및 53로 제조된 반면, 하기 실시예의 OLED의 GEL/REL은 표 5에 나열된 본 발명의 조성물 1 내지 51로 제조되었다는 점이다. 전술한 상용 물질의 구체적인 화학구조를 표 7에 나열했다.
[표 7] OLED 소자용 상용 물질의 화학구조
Figure pat00263
녹색 OLED 소자의 제조
녹색 OLED 소자를 제조하기 위해, ITO 기재상에 표 8에 나열된 순서에 따라 다층 구조의 유기층을 각각 증착시켰으며, 녹색 OLED 소자 내 유기층의 물질 및 두께도 표 8에 나열했다.
[표 8] 코팅 순서, 녹색 OLED 소자 내 유기층의 물질 및 두께
Figure pat00264
적색 OLED 소자의 제조
적색 OLED 소자를 제조하기 위해, ITO 기재상에 표 9에 나열된 순서에 따라 다층 구조의 유기층을 각각 증착시켰으며, 적색 OLED 소자 내 유기층의 물질 및 두께도 표 9에 나열했다.
[표 9] 코팅 순서, 적색 OLED 소자 내 유기층의 물질 및 두께
Figure pat00265
OLED 소자의 성능
1. 색상 좌표 (x,y), 구동 전압 및 전류 효율
OLED 소자의 성능을 평가하기 위해, PR650을 광도계로, 키슬리(Keithley) 2400을 전력 공급 장치로 사용하여, 녹색 또는 적색 OLED 소자를 측정했다. 색상 좌표 (x,y)는, CIE 색도도(chromaticity scale)[Commission Internationale de L' Eclairage, 1931]에 따라 측정했다. 그 결과를 표 10 및 11에 나타냈다. 녹색 OLED 소자의 경우, 데이터를 9000 니트(nit)의 특정 휘도(luminance)로 수집했다. 적색 OLED 소자의 경우, 데이터를 3000 니트의 특정 휘도로 수집했다.
실시예 1 내지 43 및 비교예 1 및 2의 제조된 OLED 소자의 특징들을 하기 방법으로 측정했다.
(1). 전압 변화에 따른 전류 밀도 변화의 측정
전력 공급 장치를 사용함으로써 전압을 OV에서 6.2V로 증가시키는 동안, OLED의 소자 내 흐르는 전류값을 측정하고, 각 전압의 전류값을 측정했다.
(2). 전압 변화에 따른 휘도 변화의 측정
전력 공급 장치를 사용함으로써 전압을 OV에서 6.2V로 증가시키는 동안, 제조된 OLED의 휘도를 광도계로 측정했다.
(3). 전류 효율의 측정
상기 (1) 및 (2)에서 얻은 휘도 및 전류 밀도를 이용하여, 전류 효율(cd/A)을 계산했다.
(4). 색상 좌표 (x,y)의 측정
CIE 색도도에 따라 색상 좌표 (x,y)를 측정했다. CIE (x,y) 변화는 0V에서 6.2V까지의 전압 변화에 따라 달라졌으며, 이를 광도계로 기록했다.
조성물 1 내지 4, 6, 8, 9, 11, 15, 18, 20 내지 29, 31, 33, 35 내지 38, 40 내지 43, 45 내지 51을 각각 실시예 1 내지 37의 녹색 OLED GEL의 GH로 사용했다. 조성물 53을 비교예 1의 녹색 OLED GEL의 GH로 사용했다. 실시예 1 내지 37 및 비교예 1의 GH용 조성물, CIE의 데이터, 구동 전압 및 전류 효율을 표 10에 나열했다.
[표 10] 실시예 1 내지 37 및 비교예 1의 녹색 OLED의 GH용 조성물, CIE, 구동 전압, 및 전류 효율
Figure pat00266
Figure pat00267
Figure pat00268
실시예 38 내지 43의 적색 OLED의 REL에서 조성물 5, 7, 10, 12, 19 및 44를 각각 RH로 사용했다. 비교예 2의 적색 OLED의 REL에서 조성물 53을 RH로 사용했다. 실시예 38 내지 43 및 비교예 2의 RH용 조성물, CIE의 데이터, 구동 전압 및 전류 효율을 표 11에 나열했다.
[표 11] 실시예 38 내지 43 및 비교예 2의 적색 OLED의 RH용 조성물, CIE의 데이터, 구동 전압 및 전류 효율
Figure pat00269
2. 수명 측정 (T95)
수명 시간 시험 시스템 수명(크로마 모델 58131)으로 (T95)을 측정했다. T95는 초기 휘도(녹색 OLED의 경우 7,000 니트 및 적색 OLED의 경우 6,000니트에서)에 대한 95%까지 도달하는데 소요되는 시간을 평가한 수명 데이터를 나타낸다.
실시예 1 내지 7, 12, 13, 18, 29 내지 34, 36 및 37, 및 비교예 1의 GH용 조성물과 수명을 표 12에 나열했다.
[표 12] 실시예 1 내지 7, 12, 13, 18, 29 내지 34, 36 및 37, 및 비교예 1의 녹색 OLED의 GH용 조성물과 수명
Figure pat00270
Figure pat00271
실시예 38, 39, 41 및 43, 및 비교예 1의 RH용 조성물과 수명을 표 13에 나열했다.
[표 13] 실시예 38, 39, 41 및 43, 및 비교예 1의 적색 OLED 소자의 RH용 조성물과 수명
Figure pat00272
상기 결과에 기초하여, 녹색 발광층(emission layer)용 상용 호스트 물질을 포함하는 조성물 53과 비교하여, 녹색 발광층용 호스트 물질로서 본 발명의 조성물 1 내지 4, 6, 8, 9, 11, 15, 18, 20 내지 29, 31, 33, 35 내지 38, 40 내지 43, 45 내지 51을 채택하는 것은 녹색 OLED의 구동 전압을 감소시키고 전류 효율을 향상시킬 수 있다. 유사하게, 적색 발광층(emission layer)용 상용 호스트 물질을 포함하는 조성물 53과 비교하여, 적색 발광층용 호스트 물질로서 본 발명의 조성물 5, 7, 10, 12, 19 및 44를 채택하는 것도 적색 OLED의 구동 전압을 감소시키고 전류 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 녹색 발광층용 호스트 물질로서 본 발명의 조성물 1 내지 4, 6, 8, 9, 21, 22, 27, 42, 43, 45 내지 48, 50 및 51을 채택하는 것은 녹색 OLED의 수명을 연장할 수 있다. 유사하게, 적색 발광층용 호스트 물질로서 본 발명의 조성물 5, 7, 12 및 44를 채택하는 것은 적색 OLED의 수명을 연장시킬 수 있다.
그 이유는 비교예의 TPBi와 비교할 때, 소정의 제1 호스트 화합물은 EL로의 보다 나은 전자 주입을 위해 적절한 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital; LUMO) 레벨을 가져, 낮은 구동 전압을 유도하기 때문이다. 또한, 특정 제1 및 제2 호스트 화합물의 협력으로 표 6에 나타낸 바와 같이 이들 각각은 엑시플렉스를 형성할 것이며, 이러한 방출 메커니즘은 엑시톤을 효율적으로 사용하여 고효율 소자를 초래할 수 있다.
본 발명의 조성물은 임의의 녹색 또는 적색 OLED용 호스트 물질로서 적합하고, 이를 이용하는 OLED가 낮은 구동 전압 및 향상된 전류 효율, 더 연장된 수명까지 가질 수 있음을 입증했다.
비록 본 발명의 많은 특징 및 이점들을 본 발명의 구조 및 특징들의 상세한 설명과 함께 전술한 발명의 설명에서 설명하였지만, 본 개시 내용은 단지 예시적인 것이다. 본 발명의 기술적 사상 이내에서, 첨부된 청구항에 표시된 용어의 넓은 일반적인 의미가 가리키는 최대한의 범위로, 세부 내용, 특히, 일부의 모양, 크기, 배치에 관한 내용을 변경할 수 있다.

Claims (11)

  1. 하기 식 (I)로 표시된 제1 호스트 화합물, 및
    Figure pat00273

    하기 식 (II)으로 표시된 제2 호스트 화합물,
    Figure pat00274

    을 포함하는, 유기 전자 소자용 조성물로서,
    상기 식 (I)에서, Y는 단일 결합, 산소 원자 또는 황 원자이며;
    식 (I)의 Z1 내지 Z3는 각각 독립적으로 CH이거나, 식 (I)의 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개는 함께 결합하여 아릴 고리를 형성하고 Z1 내지 Z3 중 나머지 1개는 CH이거나, 식 (I)의 Z1 내지 Z3 중 인접한 2개가 함께 결합하여 하나 이상의 퓨란기 또는 하나 이상의 티오펜기를 포함하는 헤테로아릴 고리를 형성하고 Z1 내지 Z3 중 나머지 1개는 CH이고;
    식 (I)의 X1 내지 X3 중 2개는 각각 독립적으로 질소 원자이고, 식 (I)의 X1 내지 X3 중 다른 하나는 CH 또는 질소 원자이며;
    식 (I)의 L', L1 및 L2는 각각 독립적으로 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴렌기이고;
    n', n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이며;
    식 (I)의 G1 및 G2는 각각 독립적으로, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴기, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴옥시기, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴티옥시기, 또는 N, O, 또는 S 원자를 포함하면서 고리 탄소 원자 수가 3 내지 30개인 헤테로아릴기이고;
    상기 식 (II)의 L3는 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴렌기이며;
    n3은 0 내지 2인 정수이고;
    식 (II)의 G4 및 G5는 각각 독립적으로, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴기, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴옥시기, 고리 탄소 원자 수가 6 내지 18개인 아릴티옥시기, 또는 N, O, 또는 S 원자를 포함하면서 고리 탄소 원자 수가 3 내지 30인 헤테로아릴기이며;
    식 (II)의 Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 CH이거나, 식 (II)의 Q1과 Q2가 함께 결합하여 아릴고리를 형성하는,
    유기 전자 소자용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 호스트 화합물은 하기 식 (I')로 표시되는, 조성물:
    Figure pat00275
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 호스트 화합물과 제2 호스트 화합물간의 질량비는 3:7 내지 7:3인, 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 호스트 화합물은 하기 식 (I-I) 내지 (I-XVI) 중 하나로 표시되는, 조성물:
    Figure pat00276

    Figure pat00277

    Figure pat00278

    Figure pat00279

    Figure pat00280

    Figure pat00281
    .
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 호스트 화합물은 하기 식 (II-I) 내지 (II-III)으로 표시되고,
    Figure pat00282

    Figure pat00283

    Figure pat00284

    상기 식에서, W1 및 W2는 각각 독립적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 또는 페닐기인, 조성물.
  6. 제1항, 제2항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    G1 및 G2는 각각 독립적으로,
    Figure pat00285

    Figure pat00286

    로 구성된 군에서 선택되고,
    X는 S, O, 또는
    Figure pat00287
    이고,
    p는 1 내지 5인 정수, m은 1 내지 4인 정수, n은 1 내지 3인 정수이며,
    A1 내지 A3는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 탄소 원자 수가 1 내지 6개인 알킬기, 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알케닐기, 및 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알키닐기로 구성된 군에서 선택되는, 조성물.
  7. 제2항에 있어서,
    G4 및 G5는 각각 독립적으로,
    Figure pat00288
    및
    Figure pat00289
    로 구성된 군에서 선택되고,
    X' 는 O, S, 또는
    Figure pat00290
    이며,
    p'는 1 내지 5인 정수, m'은 1 내지 4인 정수, n'은 1 내지 3인 정수이고,
    A4 내지 A6는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 탄소 원자 수가 1 내지 6개인 알킬기, 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알케닐기, 및 탄소 원자 수가 2 내지 6개인 알키닐기로 구성된 군에서 선택되는, 조성물.
  8. 제1항, 제2항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    식 (I')로 표시된 제1 호스트 화합물의
    Figure pat00291
    의 기는,
    Figure pat00292

    Figure pat00293

    Figure pat00294

    Figure pat00295

    Figure pat00296
    Figure pat00297
    Figure pat00298
    Figure pat00299

    Figure pat00300
    Figure pat00301
    Figure pat00302
    Figure pat00303

    Figure pat00304
    Figure pat00305

    Figure pat00306
    Figure pat00307
    로 구성된 군에서 선택되는, 조성물.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 호스트 화합물은,
    Figure pat00308

    Figure pat00309

    Figure pat00310

    Figure pat00311

    Figure pat00312

    Figure pat00313

    Figure pat00314

    Figure pat00315

    Figure pat00316

    Figure pat00317
    로 구성된 군에서 선택되는, 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 호스트 화합물은,
    Figure pat00318

    Figure pat00319
    로 구성된 군에서 선택되는, 조성물.
  11. 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 유기층을 포함하고,
    상기 유기층은 제1항 또는 제2항에 따른 조성물을 포함하는, 유기 전자 소자.
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