KR20200118097A - 전자 광전자 장치용 유기 물질 및 이러한 유기 물질을 포함하는 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 물질, 및 상기 유기 물질을 포함하는 전자 장치, 특히 전계발광 장치, 특히 유기 발광 다이오드(OLED)에 관한 것이고, 여기서, 반도체성 물질은 다중-치환된 페닐 모이어티, 적어도 2개의 융합된 고리를 갖는 아릴 모이어티, 극성 모이어티, 및 이들 모이어티 사이의 선택적인 링커를 포함한다.
Description
본 발명은 유기 물질, 및 상기 유기 물질을 포함하는 전자 장치, 특히 전계발광 장치, 특히 유기 발광 다이오드(OLED)에 관한 것이고; 본 발명은 또한, 전기 장치 및/또는 전계발광 장치, 특히 디스플레이 장치, 특히 OLED를 포함하는 디스플레이 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 자발광 장치(self-emitting device)로서, 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답, 높은 휘도(brightness), 우수한 구동 전압(driving voltage) 특성 및 색 재현성을 가진다. 일반적인 OLED는 기판 상에 순차적으로 적층된 애노드, 정공 수송층 HTL, 방출층 EML, 전자 수송층 ETL 및 캐소드를 포함한다. 이와 관련하여, HTL, EML 및 ETL은 유기 화합물로 형성된 박막이다.
애노드 및 캐소드에 전압이 인가되면, 애노드로부터 주입되는 정공이 HTL을 통해 EML로 이동하고 캐소드로부터 주입되는 전자는 ETL을 거쳐 EML로 이동한다. 정공과 전자는 EML에서 재결합하여 엑시톤을 생성한다. 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때, 빛이 방출된다. 휘도/밝기(luminance)가 높은 동안 구동 전압이 가능한 한 낮고, 상술한 구조를 갖는 OLED가 우수한 효율 및/또는 긴 수명을 갖기 위해서는, 정공 및 전자의 주입 및 흐름이 균형을 이루는 목적으로, 개선된 물질의 개발에 대한 요망이 계속 존재한다.
낮은 동작 전압(operational voltage) 및 높은 전류 밀도/밝기를 달성하기 위한 잘-확립된 접근법 중 하나는 전하 주입/전하 수송 층에서 전기적 p-도핑 및/또는 n-도핑, 특히 높은 전하 캐리어(carrier) 농도를 갖는 도핑된 층을 발생시키는 산화환원 도핑이다.
본 발명의 양태는 특히 상부 및/또는 하부 방출 유기 발광 다이오드(OLED)에서 효율, 예컨대 외부 양자 효율 EQE를 증가시키고 낮은 동작 전압(operating voltage) 및 장기간 수명을 달성하기 위한, 전자 장치, 특히 방출층 및 적어도 2개의 전극을 포함하는 발광 장치를 위한 유기 물질을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태는 유기 물질을 포함하는 전자 장치, 특히 전계발광 장치를 제공한다. 본 발명의 더욱 또 다른 양태는 전계발광 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 화학식 I을 갖는, 전계발광 장치용 유기 물질이 제공되며:
상기 화학식 I에서,
R1 내지 R5는 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환된 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이며, 이에 의해 R1, R2, R3, R4, R5 및 L(또는 n=0인 경우 A) 중 적어도 2개는 벤젠 고리 B에서 서로에 대해 오르토-위치에 존재하며,
a 내지 e는 서로 독립적으로, 0 또는 1이고, 1 ≤ a+b+c+d+e ≤ 5이며;
A는 적어도 2개의 융합된 아릴 고리를 갖는 C10 내지 C20 아릴렌기이다.
L 및 L'는 서로 독립적으로, C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 C6 내지 C20 아릴기로부터 선택되며,
n 및 m은 서로 독립적으로 0, 1 또는 2이며, 이에 의해 n 또는 m이 2인 경우 L 및/또는 L' 둘 다는 각각 서로 상이할 수 있고;
R은 극성의 비하전된 유기 모이어티이며, 이에 의해 A가 안트라세닐인 경우, R은 치환된 또는 비치환된 디벤조푸라닐이 아니다.
본 명세서에서, 정의가 다르게 제공되지 않는 경우, "치환된"은 중수소, C1 내지 C12 알킬 및 C1 내지 C12 알콕시로 치환된 것을 지칭한다.
본 명세서에서, 정의가 다르게 제공되지 않는 경우, "알킬기"는 포화된 지방족 하이드로카르빌기를 지칭한다. 알킬기는 C1 내지 C12 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로, 알킬기는 C1 내지 C10 알킬기 또는 C1 내지 C6 알킬기일 수 있다. 예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬 사슬 내에 1 내지 4개의 탄소를 포함하고, 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸, 및 t-부틸로부터 선택될 수 있다.
알킬기의 구체적인 예는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기 등일 수 있다.
용어 "사이클로알킬"은 상응하는 사이클로알칸에 포함된 고리 원자로부터 하나의 수소 원자의 형식적 제거(formal abstraction)에 의해 사이클로알칸으로부터 유래된 포화된 하이드로카르빌기를 지칭한다. 사이클로알킬기는 사이클로프로필기, 사이클로부틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 메틸사이클로헥실기, 아다만틸기 등일 수 있다.
용어 "헤테로"는, 공유 결합된 탄소 원자에 의해 형성될 수 있는 구조에서 적어도 하나의 탄소 원자가 또 다른 다가(polyvalent) 원자에 의해 대체되는 방식으로 이해된다. 바람직하게는, 헤테로원자는 B, Si, N, P, O, S로부터 선택되고; 더욱 바람직하게는 N, P, O, S로부터 선택된다.
본 명세서에서, "아릴기"는 상응하는 방향족 탄화수소에서 방향족 고리로부터 하나의 수소 원자의 형식적 제거에 의해 생성될 수 있는 하이드로카르빌기를 지칭한다. 방향족 탄화수소는 적어도 하나의 방향족 고리 또는 방향족 고리 시스템을 함유하는 탄화수소를 지칭한다. 방향족 고리 또는 방향족 고리 시스템은 공유 결합된 탄소 원자의 평면형 고리 또는 고리 시스템을 지칭하며, 여기서, 상기 평면형 고리 또는 고리 시스템은 휘켈 규칙(Huckel rule)에 충족시키는 비편재화된 전자의 공액 시스템을 포함한다. 아릴기의 예는 페닐 또는 톨릴과 같은 단환식 기, 비페닐릴과 같이 단일 결합에 의해 연결된 더 많은 방향족 고리를 포함하는 다환식 기, 및 나프틸 또는 플루오렌-2-일과 같이 융합된 고리를 포함하는 다환식 기를 포함한다.
유사하게는, 헤테로아릴이란, 특히 적합하게는, 적어도 하나의 이러한 고리를 포함하는 화합물에서 헤테로환식 방향족 고리로부터 하나의 고리 수소의 형식적 제거에 의해 유래되는 기인 것으로 이해된다.
헤테로사이클로알킬이란, 특히 적합하게는, 적어도 하나의 이러한 고리를 포함하는 화합물에서 포화된 사이클로알킬 고리로부터 하나의 고리 수소의 형식적 제거에 의해 유래되는 기인 것으로 이해된다.
용어 "융합된 아릴 고리"는 2개의 아릴 고리가 적어도 2개의 공통(common) sp2-혼성화된 탄소 원자를 공유하는 경우 이러한 고리는 융합된 것으로 여겨지는 방식으로 이해된다.
본 명세서에서, 단일 결합은 직접 결합을 지칭한다.
본 발명의 맥락에서, "상이한"은 화합물이 동일한 화학 구조를 갖지 않음을 의미한다.
용어 "~이 없는", "함유하지 않는다", "포함하지 않는다"는, 증착 전에 화합물에 존재할 수 있는 불순물을 배제하지 않는다. 불순물은 본 발명에 의해 달성되는 목적에 관하여 기술적 효과를 갖지 않는다.
용어 "개재되어 접촉해 있는"은, 중간에 있는 층이 2개의 인접한 층과 직접 접촉하고 있는 3개의 층의 배열을 지칭한다.
명세서에서, 정공 특징은, 전기장이 인가될 때 전자를 내놓아 정공을 형성하는 능력을 지칭하고, 애노드에서 형성된 정공은 방출층 내로 쉽게 주입되고 최고준위 점유 분자 오비탈(HOMO; highest occupied molecular orbital) 수준에 따른 전도성 특징으로 인해 상기 방출층에서 수송된다.
또한, 전자 특징은, 전기장이 인가될 때 전자를 받아들이는 능력을 지칭하고, 캐소드에서 형성된 전자는 방출층 내로 쉽게 주입되고 최저준위 비점유 분자 오비탈(LUMO; lowest unoccupied molecular orbital) 수준에 따른 전도성 특징으로 인해 상기 방출층에서 수송된다.
유리한 효과
놀랍게도, 본 발명에 따른 유기 물질은 다양한 양태에서 장치를, 당업계에 알려진 유기 전계발광 장치보다 특히 전압 및 효율의 측면에서 능가하여 우수하게 함으로써 본 발명의 근본적인 문제점을 해결하는 것이 밝혀졌다. 이들 매개변수는 모바일 장치, 예를 들어 모바일 디스플레이 장치의 높은 효율 및 이에 의해 증가된 배터리 수명에 중요하다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, 유기 화합물은 ≥0.6 디바이, 바람직하게는 ≥ 1 디바이, 더 바람직하게는 ≥ 1.5 디바이의 쌍극자 모멘트를 가진다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, R은 디벤조푸라닐이 아니다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, R은 화합물 R-페닐의 쌍극자 모멘트가 ≥ 0.6 디바이, 바람직하게는 ≥ 0.7 디바이가 되도록 선택되는 모이어티이다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, R은 치환된 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 CN으로부터 선택된다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, R은 하기로부터 선택되며:
이때, R'는 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴로부터 선택되고; R'' 및 R'''는 독립적으로, 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴로부터 선택된다.
추가 구현예에 따르면, R은 파선에 의해 가교된 열린(open) 결합으로 표시된 임의의 위치에서 L'에 연결된다.
바람직한 R'에 대한 화합물 R-페닐에 대해 B3LYP_가우시안 / 6-31G*, 기체상으로 계산된 쌍극자 모멘트는 하기 표 1에 주어진다:
추가 구현예에 따르면, 1 ≤ a+b+c+d+e ≤ 4.
추가 구현예에 따르면, 2 ≤ a+b+c+d+e ≤ 3.
추가 구현예에 따르면, a+b+c+d+e ≤ 4인 경우, a 또는 e는 0이고, 다른 것은 1이다.
추가 구현예에 따르면, 고리 B R1 내지 R5에서 치환기는 페닐이다.
추가 구현예에 따르면, 고리 B R1 내지 R5에서 치환기, 뿐만 아니라 지수 a 내지 e는, 치환된 고리 B가 하기 구조 중 하나를 갖도록 선택된다:
본 발명의 추가 구현예에 따르면, A는 하기를 포함하는 군으로부터 선택되며:
여기서, L 및 L'(n 및 m이 0인 경우 각각 또는 B 및 R)는 "*"에 의해 표시된 임의의 위치에 연결된다.
추가 구현예에 따르면, A는 안트라세닐이다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, L 및/또는 L'는 하기를 포함하는 군으로부터 선택된다:
본 발명의 추가 구현예에 따르면, n은 1 또는 2이다. 바람직하게는 n은 1이다.
본 발명의 추가 구현예에 따르면, m은 0 또는 1이다. 바람직하게는 m은 1이다.
본 발명자들은 놀랍게도, 본 발명에 따른 유기 물질을 광전자 장치의 전자 수송층에서 사용하는 경우 특히 양호한 성능이 달성될 수 있음을 밝혀내었다.
부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명자들은 놀랍게도, 본 발명에 따른 유기 물질을 광전자 장치의 정공 차단층에서 또는 정공 차단층으로서 사용하는 경우 특히 양호한 성능이 달성될 수 있음을 밝혀내었다.
더욱이, 본 발명은 제1 전극, 제2 전극, 및 본 발명에 따른 유기 물질을 포함하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배열되는 층을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
추가 구현예에 따르면, 전자 장치는 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 정공 차단층을 포함한다.
추가 구현예에 따르면, 전자 장치는 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 전자 수송층을 포함한다.
추가 구현예에 따르면, 전자 장치는 전계발광 장치, 바람직하게는 유기 발광 다이오드이다.
더욱이, 본 발명은 본 발명에 따른 전자 장치를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이고, 바람직하게는, 디스플레이 장치는 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드를 포함한다.
본원에서 언급된 구체적인 배열은 특히 유리한 것으로 밝혀진다면 바람직하다.
나아가, 높은 효율 및/또는 장기간 수명을 갖는 유기 전계발광 장치가 실현될 수 있다.
이하, 유기 물질 및 상기 유기 물질을 포함하는 장치는 보다 상세히 기재된다.
유기 물질
방출층(emitting layer) 외부에서 본 장치에 포함된 다른 화합물과 유사하게, 유기 물질은 전계발광 장치, 예를 들어 OLED의 동작 조건 하에 광을 방출하지 않을 수 있다.
하기 구조 A1 내지 A195를 갖는 화학식 I의 화합물이 특히 바람직할 수 있다.
전기적 n-도판트
전기적 n-도판트란, 전자 수송 매트릭스 내로 포매되는 경우, 동일한 물리적 조건 하에 순(neat) 매트릭스와 비교하여, 형성된 유기 물질의 전자 특성을 특히 전자 주입 및/또는 전자 전도성의 측면에서 개선하는 화합물인 것으로 이해된다.
본 발명의 맥락에서 "전자 수송 매트릭스 내로 포매되는"은 전자 수송 매트릭스와 균질하게 혼합되는 것을 의미한다.
전기적 n-도판트는 원소 금속, 금속 염, 금속 착화합물 및 유기 라디칼로부터 선택될 수 있다.
일 구현예에서, 전기적 n-도판트는 알칼리 금속 염 및 알칼리 금속 착화합물로부터; 바람직하게는 리튬 염 및 리튬 유기 착화합물로부터; 더욱 바람직하게는 리튬 할라이드 및 리튬 유기 킬레이트로부터; 더욱 더 바람직하게는 리튬 플루오라이드, 리튬 퀴놀리놀레이트, 리튬 보레이트, 리튬 페놀레이트, 리튬 피리디놀레이트로부터 또는 시프 염기 리간드와의 리튬 착화합물로부터 선택되고; 가장 바람직하게는,
- 리튬 퀴놀리놀레이트 착화합물은 화학식 II, III 또는 IV를 가지고:
상기 화학식 II, III 또는 IV에서,
A1 내지 A6는 동일하거나, 독립적으로 CH, CR, N, O로부터 선택되며;
R은 동일하거나, 독립적으로 수소, 할로겐, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴로부터 선택되며; 가장 바람직한 A1 내지 A6는 CH이고,
-
바람직하게는 보레이트계 유기 리간드는 테트라(1H-피라졸-1-일)보레이트이며,
-
바람직하게는 페놀레이트는 2-(피리딘-2-일)페놀레이트, 2-(디페닐포스포릴)페놀레이트, 이미다졸 페놀레이트, 2-(피리딘-2-일)페놀레이트 또는 2-(1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸-2-일)페놀레이트이며,
-
피리디놀레이트는 2-(디페닐포스포릴)피리딘-3-올레이트이고,
-
리튬 시프 염기는 구조 100, 101, 102 또는 103을 가진다:
또 다른 구현예에서, 전기적 n-도판트는 산화환원 n-도판트이다.
산화환원 n-도판트
산화환원 n-도판트란, 전자 수송 매트릭스 내에 포매된다면, 동일한 물리적 조건 하에 순수한 매트릭스와 비교하여 자유 전자의 농도를 증가시키는 화합물인 것으로 이해된다.
산화환원 n-도판트는 전계발광 장치, 예를 들어 OLED의 동작 조건 하에 광을 방출하지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 산화환원 n-도판트는 원소 금속, 전기적으로 중성인 금속 착화합물 및/또는 전기적으로 중성인 유기 라디칼로부터 선택된다.
n-도판트의 강도에 대한 가장 실제적인 기준(benchmark)은 이의 산화환원 전위 값이다. 산화환원 전위 값이 얼마나 음성일 수 있는지에 대해 특정한 제한은 없다.
유기 반도체에 사용되는 통상적인 전자 수송 매트릭스의 환원 전위가 페로센/페로세늄 참조 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된다면, 대략 약 -0.8 V 내지 약 -3.1 V의 범위이고; 이러한 매트릭스를 효과적으로 n-도핑시킬 수 있는 n-도판트에 대한 산화환원 전위의 실제로 적용 가능한 범위는 약간 더 넓은 범위, 약 -0.5 V 내지 약 -3.3 V이다.
산화환원 전위의 측정은 실제로, 동일한 화합물의 환원된 형태 및 산화된 형태로 구성된 상응하는 산환환원 커플에 대해 수행된다.
산화환원 n-도판트가 전기적으로 중성인 금속 착화합물 및/또는 전기적으로 중성인 유기 라디칼인 경우, 이의 산화환원 전위의 측정은 사실상
(i) 전기적으로 중성인 금속 착화합물, 및 상기 전기적으로 중성인 금속 착화합물로부터 하나의 전자를 제거함으로써 형성된 이의 양이온 라디칼, 또는
(ii) 전기적으로 중성인 유기 라디칼, 및 상기 전기적으로 중성인 유기 라디칼로부터 하나의 전자를 제거함으로써 형성된 이의 양이온
에 의해 형성된 산화환원 커플에 대해 수행된다.
바람직하게는, 전기적으로 중성인 금속 착화합물 및/또는 전기적으로 중성인 유기 라디칼의 산화환원 전위는 페로센/페로세늄 참조 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된다면,
(i)
전기적으로 중성인 금속 착화합물, 및 상기 전기적으로 중성인 금속 착화합물로부터 하나의 전자를 제거함으로써 형성된 이의 양이온 라디칼, 또는
(ii) 전기적으로 중성인 유기 라디칼, 및 상기 전기적으로 중성인 유기 라디칼로부터 하나의 전자를 제거함으로써 형성된 이의 양이온
으로 구성된 상응하는 산화환원 커플에 대해, -0.5 V보다 더 음성인, 바람직하게는 -1.2 V보다 더 음성인, 보다 바람직하게는 -1.7 V보다 더 음성인, 보다 더 바람직하게는 -2.1 V보다 더 음성인, 가장 바람직하게는 -2.5 V보다 더 음성인 값을 가질 수 있다.
바람직한 구현예에서, n-도판트의 산화환원 전위는 선택된 전자 수송 매트릭스의 환원 전위의 값보다 약 0.5 V 더 양성인 값과 상기 환원 전위의 값보다 약 0.5 V 더 음성인 값 사이에 존재한다.
산화환원 n-도판트로서 적합한 전기적으로 중성인 금속 착화합물은 예를 들어, 낮은 산화 상태에서 일부 전이 금속의 강하게 환원성인 착화합물일 수 있다. 특히, 강한 산화환원 n-도판트는 예를 들어 Cr(II), Mo(II) 및/또는 W(II) 구아니디네이트 착화합물, 예컨대 WO2005/086251에 보다 상세히 기재된 바와 같은 W2(hpp)4로부터 선택될 수 있다.
산화환원 n-도판트로서 적합한 전기적으로 중성인 유기 라디칼은 예를 들어, EP 1 837 926 B1, WO2007/107306 또는 WO2007/107356에 보다 상세히 기재된 바와 같이 이들의 안정한 이량체, 올리고머 또는 중합체로부터 부가적인 에너지의 공급에 의해 생성되는 유기 라디칼일 수 있다. 원소 금속이란, 이는 순수한 금속, 금속 합금의 상태, 또는 자유 원자 또는 금속 클러스트의 상태에 있는 금속으로 이해된다. 금속상으로부터, 예를 들어 순수한 벌크 금속으로부터 진공 열 증착에 의해 증착되는 금속은 이의 원소 형태로 증발하는 것으로 이해된다.
나아가, 증발된 원소 금속이 공유 매트릭스와 함께 증착된다면, 금속 원자 및/또는 클러스터가 상기 공유 매트릭스 내에 포매되는 것으로 이해된다. 다시 말해, 진공 열 증착에 의해 제조된 임의의 금속 도핑된 공유 물질은 금속을 적어도 부분적으로는 이의 원소 형태로 함유하는 것으로 이해된다.
소비자 전자제품에 사용하기 위해, 안정한 핵종 또는 방사성 붕괴의 매우 긴 반감기를 갖는 핵종을 함유하는 금속만 적용 가능할 것이다. 핵 안정성의 허용 가능한 수준으로서, 천연 칼륨의 핵 안정성이 취해질 수 있다.
일 구현예에서, n-도판트는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속 및 제1 전이 주기 Ti, V, Cr 및 Mn의 금속으로부터 선택되는 양전성 금속으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, n-도판트는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sm, Eu, Tm, Yb; 보다 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg 및 Yb, 보다 더 바람직하게는 Li, Na, Cs 및 Yb, 가장 바람직하게는 Li, Na 및 Yb로부터 선택될 수 있다.
산화환원 도판트는 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1 전극, 제2 전극, 및 본 발명에 따른 유기 물질을 포함하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배열되는 층을 포함하는 전자 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 유기 물질의 층은 전자 수송층 및/또는 정공 차단층으로서 역할을 할 수 있다. 일 구현예에서, 전자 장치는 전계발광 장치이다. 바람직하게는, 전계발광 장치는 유기 발광 다이오드이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 출원 전체에 기재된 임의의 구현예에 따른 적어도 하나의 전계발광 장치를 포함하는 전자 장치가 제공되며, 바람직하게는 상기 전자 장치는 본 출원 전체에 기재된 일 구현예에서 유기 발광 다이오드를 포함한다. 보다 바람직하게는, 전자 장치는 디스플레이 장치이다.
상기 언급된 구성성분, 뿐만 아니라 청구된 구성성분 및 기재된 구현예에서 본 발명에 따라 사용되고자 하는 구성성분은, 당업계에 알려진 선택 기준이 제한 없이 적용될 수 있도록 이들의 크기, 모양, 물질 선택 및 기술적 개념에 관하여 임의의 특수한 예외를 받지 않는다.
본 발명의 목적의 부가적인 세부사항, 특징 및 이점은 종속항 및 각각의 도면의 하기 설명에 개시되며 -- 예시적인 방식으로 -- 본 발명에 따른 바람직한 구현예를 보여준다. 임의의 구현예가 본 발명의 전체 범위를 본질적으로 나타내지는 않지만, 본 발명의 범위를 해석하기 위해 청구항 및 본원을 참조한다. 상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명은 둘 다 예시적이고 설명적일 뿐이고 청구된 바와 같은 본 발명의 추가의 설명을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드를 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드의 유기층의 일부를 구체적으로 보여주는 단면도이다.
이하, 도면은 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 하기 도면으로 제한되지 않는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드(100, 300 및 400)의 도식적인 단면도이다. 이하, 도 1을 참조로 하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드의 구조 및 이의 제조 방법은 하기와 같다. 유기 발광 다이오드(100)는, 애노드(110), 선택적인 정공 수송 영역을 포함하는 유기층 적층물(105); 방출층(130); 및 캐노드(150)가 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
기판은 애노드(110) 위에 또는 캐소드(150) 아래에 배치될 수 있다. 기판은 일반적인 유기 발광 다이오드에 일반적으로 사용되는 통상적인 기판으로부터 선택될 수 있고, 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판일 수 있다.
애노드(110)는 기판 상에 애노드 물질을 증착시키거나 스퍼터링(sputtering)함으로써 형성될 수 있다. 상기 애노드 물질은 정공 주입을 용이하게 만드는 높은 일함수(work function)를 갖는 물질로부터 선택될 수 있다. 애노드(110)는 반사형(reflective) 전극, 반투과형(transflective) 전극 또는 투과형(transmissive) 전극일 수 있다. 상기 애노드 물질은 인듐 주석 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 주석 옥사이드(SnO2), 아연 옥사이드(ZnO) 등을 사용할 수 있다. 또는, 상기 애노드 물질은 은(Ag) 또는 금(Au) 또는 이들의 합금일 수 있다.
애노드(110)는 단일층, 또는 2개 이상의 층의 다층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드(100, 300 및 400)는 정공 수송 영역; 방출층(130); 및 화학식 I에 따른 화합물을 포함하는 제1 전자 수송 보조층(31)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조로, 유기층의 적층물(105)의 정공 수송 영역은 적어도 2개의 층화된(layered) 정공 수송층을 포함할 수 있고, 이러한 경우, 방출층(130)과 접촉하는 정공 수송층은 제2 정공 수송층(135)으로서 정의되고, 애노드(110)와 접촉하는 정공 수송층은 제1 정공 수송층(34)으로서 정의된다. 유기층의 적층물(105)은 2개의 추가의 층, 즉, 정공 차단층(33) 및 전자 수송층(31)을 추가로 포함한다. 적층물(105)의 정공 수송 영역은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층 및 완충층 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.
적층물(105)의 정공 수송 영역은 정공 주입층만 포함하거나 또는 정공 수송 층만 포함할 수 있다. 또는, 정공 수송 영역은, 정공 주입층(36)/정공 수송층(34) 또는 정공 주입층(36)/정공 수송층(34)/전자 차단층(135)이 애노드(110)로부터 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 주입층(36) 및 전자 주입층(37)은 부가적으로 포함될 수 있어서, OLED는 순차적으로 적층될 수 있는 애노드(110)/정공 주입층(36)/제1 정공 수송층(34)/전자 차단층(135)/방출층(130)/정공 차단층(33)/전자 수송층(31)/전자 주입층(37)/캐소드(150)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 유기 전계발광 장치(400)는 애노드(110), 정공 주입층(36), 제1 정공 수송층(34), 선택적인 전자 차단층(135), 방출층(130), 정공 차단층(33), 전자 수송층(31), 선택적인 전자 주입층(37), 캐소드 (150)를 포함하며, 여기서, 층들은 해당 순서로 배열된다.
정공 주입층(36)은 애노드로서 ITO와 정공 수송층(34)에 사용되는 유기 물질 사이의 계면 특성을 개선할 수 있으며, 비-평면화된(non-planarized) ITO 상에 적용될 수 있고, 따라서 상기 ITO의 표면을 평면화시킨다. 예를 들어, 정공 주입층(36)은, 애노드로서 ITO의 일함수와 제1 정공 수송층(34)의 HOMO의 에너지 수준 사이의 차이를 조정하기 위해, ITO의 일함수와 정공 수송층(34)의 HOMO의 에너지 수준 사이에서 이의 최고준위 점유 분자 오비탈(HOMO)의 에너지 수준의 중앙값을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역이 정공 주입층(37)을 포함하는 경우, 정공 주입층은 여러 가지 방법들, 예를 들어 진공 증착, 스핀 코팅, 캐스팅, 랭뮤어-블로드젯(LB; Langmuir-Blodgett) 방법 등 중 임의의 방법에 의해 애노드(110) 상에 형성될 수 있다.
정공 주입층이 진공 증착을 사용하여 형성되는 경우, 진공 증착 조건은 정공 주입층의 형성에 사용되는 물질, 및 형성되는 정공 주입층의 요망되는 구조 및 열적 특성에 따라 다를 수 있고, 예를 들어 진공 증착은 100℃ 내지 약 500℃의 온도, 약 10-6 Pa 내지 약 10-1 Pa의 압력 및 약 0.1 내지 약 10 nm/sec의 증착 속도에서 수행될 수 있으나, 증착 조건은 이들로 한정되지 않는다.
정공 주입층이 스핀 코팅을 사용하여 형성되는 경우, 코팅 조건은 정공 주입층의 형성에 사용되는 물질, 및 형성되는 정공 주입층의 요망되는 구조 및 열적 특성에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 코팅 속도는 약 2000 rpm 내지 약 5000 rpm의 범위일 수 있고, 코팅 후 열 처리가 수행되어 용매를 제거하는 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있으나, 코팅 조건은 이들로 한정되지 않는다.
정공 수송층 및 전자 차단층을 형성하기 위한 조건은 정공 주입층의 경우 상기 기재된 형성 조건을 기반으로 정의될 수 있다.
전하 수송 영역 중 정공 수송 파트의 두께는 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있다. 전하 수송 영역 중 정공 수송 파트가 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하는 경우, 정공 주입층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들어 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있고, 정공 수송층의 두께는 약 5 nm 내지 약 200 nm, 예를 들어 약 10 nm 내지 약 150 nm일 수 있다. 정공 수송 영역, HIL 및 HTL의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 만족할만한 정공 수송 특징이 구동 전압의 실질적인 증가 없이 수득될 수 있다.
정공 수송 영역에 사용되는 정공 수송 매트릭스 물질은 특별히 제한되지 않는다. 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물이 바람직하다. 용어 "공유 화합물"은 하기에서 제2 전자 수송 매트릭스에 관한 단락에서 더 상세히 설명된다. 정공 수송층에 광범위하게 사용되는 정공 수송 매트릭스 물질의 전형적인 예는 다환식 방향족 탄화수소, 트리아릴 아민 화합물 및 헤테로환식 방향족 화합물이다. 정공 수송 영역의 다양한 층에 유용한 정공 수송 매트릭스의 프론티어 오비탈(frontier orbital) 에너지 수준의 적합한 범위는 잘 공지되어 있다. HTL 매트릭스의 산화환원 커플 HTL 매트릭스/양이온 라디칼의 산화환원 전위의 측면에서, 바람직한 값(예를 들어 참조로서 페로센/페로세늄 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된다면)은 0.0 내지 1.0 V의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.7 V의 범위, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 0.5 V의 범위일 수 있다.
유기층의 적층물의 정공 수송 영역은 상기 기재된 바와 같은 물질 외에도, 전도성 및/또는 애노드로부터의 정공 주입을 개선하기 위해 전기적 p-도판트를 추가로 포함해야 한다.
전하-발생 물질은 제1 정공 수송층 내에서 균질하게 또는 불균질하게 분산될 수 있다. 전기적 p-도판트는 퀴논 유도체, 라디알렌 화합물, 금속 옥사이드 및 사이노기-함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. p-도판트의 비제한적인 예로는, 퀴논 유도체, 예컨대 테트라시아노퀴논다이메탄(TCNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라시아노-1,4-벤조퀴논다이메탄(F4-TCNQ), PD-2와 같은 라디알렌 화합물 등; 금속 옥사이드, 예컨대 텅스텐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드 등; 및 시아노-함유 화합물, 예컨대 하기 화합물 HT-D1가 있다.
전하 수송 영역 중 정공 수송 파트는 완충층을 추가로 포함할 수 있다.
완충층은 EML로부터 방출된 광의 파장에 따라 광의 광학 공명 거리(optical resonance distance)를 보상할 수 있고, 따라서 효율을 증가시킬 수 있다.
방출층(EML)은 진공 증착, 스핀 코팅, 캐스팅, LB 방법 등을 사용함으로써 정공 수송 영역 상에 형성될 수 있다. 방출층이 진공 증착 또는 스핀 코팅을 사용하여 형성되는 경우, 증착 및 코팅의 조건은 방출층을 형성하는 데 사용되는 물질에 따라 다양할 수 있긴 하더라도, 상기 증착 및 코팅 조건은 정공 주입층의 형성을 위한 조건과 유사할 수 있다. 방출층은 이미터 호스트(EML 호스트) 및 도판트(추가의 유일한 이미터)를 포함할 수 있다.
이미터는 적색, 녹색 또는 청색 이미터일 수 있다.
일 구현예에서, 이미터 호스트는 하기 화학식 400으로 표시된 안트라센 매트릭스 화합물이다:
.
상기 화학식 400에서, Ar111 및 Ar112는 각각 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴렌기일 수 있으며; Ar113 내지 Ar116은 각각 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C1-C10 알킬기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴기일 수 있고; g, h, i, 및 j는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다. 일부 구현예에서, 화학식 400에서 Ar111 및 Ar112는 각각 독립적으로, 페닐렌기, 나프탈렌기, 페난트레닐렌기 또는 피레닐렌기; 또는 각각이 페닐기, 나프틸기, 또는 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 페닐렌기, 나프탈렌기, 페난트레닐렌기, 플루오레닐기 또는 피레닐렌기 중 하나일 수 있다.
화학식 400에서, g, h, i, 및 j는 각각 독립적으로 0, 1, 또는 2의 정수일 수 있다.
화학식 400에서, Ar113 내지 Ar116은 각각 독립적으로,
- 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10 알킬기;
- 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 피레닐기, 페난트레닐기 또는 플루오레닐기;
- 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 피레닐기, 페난트레닐기, 또는 플루오레닐기로서, 각각은 중수소 원자, 할로겐 원자, 하이드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 하이드라존기, 카르복실기 또는 이의 염 중 하나 이상으로 치환됨,
- 설폰산기 또는 이의 염,
- 인산기 또는 이의 염,
- C1-C60 알킬기, C2-C60 알케닐기, C2-C60 알키닐기, C1-C60 알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 피레닐기, 페난트레닐기, 또는
- 플루오레닐기; 또는
- 화학식 (Y2) 또는 (Y3):
중 하나일 수 있다.
화학식 (Y2) 및 (Y3)에서, X가 산소 원자 및 황 원자로부터 선택되지만, 본 발명의 구현예들은 이들로 한정되는 것은 아니다.
화학식 (Y2)에서, R11 내지 R14 중 임의의 하나는 Ar111에의 결합에 사용된다. Ar111에의 결합에 사용되지 않는 R11 내지 R14 및 R15 내지 R20은 R1 내지 R8와 동일하다.
화학식 (Y3)에서, R21 내지 R24 중 임의의 하나는 Ar111에의 결합에 사용된다. Ar111에의 결합에 사용되지 않는 R21 내지 R24 및 R25 내지 R30은 R1 내지 R8와 동일하다.
바람직하게는, EML 호스트는 N, O 또는 S로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 내지 3개의 헤테로원자를 포함한다. 보다 바람직하게는, EML 호스트는 S 또는 O로부터 선택되는 1개의 헤테로원자를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 이미터 호스트는 각각 환원 전위를 가지며, 이러한 환원 전위는 동일한 조건 하에 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대해 사이클릭 볼타메트리(cyclic voltammetry)에 의해 측정된다면, 7-([1,1'-비페닐]-4-일)디벤조[c,h]아크리딘에 대해 수득된 각각의 값보다 더 음성인 값, 바람직하게는 9,9',10,10'-테트라페닐-2,2'-비안트라센에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 바람직하게는 2,9-디([1,1'-비페닐]-4-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 더 바람직하게는 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 더 바람직하게는 9,10-디(나프탈렌-2-일)-2-페닐안트라센에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 더 바람직하게는 2,9-비스(2-메톡시페닐)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 가장 바람직하게는 9,9'-스피로비[플루오렌]-2,7-디일비스(디페닐포스핀 옥사이드)에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값을 가진다.
이미터는 발광을 유발하기 위해 소량으로 혼합되며, 일반적으로 삼중항 이상으로의 다중 여기(multiple excitation)에 의해 발광하는 물질, 예컨대 금속 착화합물일 수 있다. 도판트는 예를 들어, 무기 화합물, 유기 화합물 또는 유기금속 화합물일 수 있고, 이들의 하나 이상의 종류가 사용될 수 있다.
이미터는 형광 이미터, 예를 들어 터-플루오렌일 수 있으며, 이의 구조는 하기에 나타나 있다. 4.4'-비스(4-다이페닐 아미오스티릴)비페닐(DPAVBi), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸 페릴렌(TBPe) 및 하기 화합물 4는 형광 청색 이미터의 예이다.
또 다른 양태에 따르면, 화학식 I의 화합물을 포함하는 유기 반도체 층은 형광 청색 방출층과 캐소드 전극 사이에 배열된다.
이미터는 인광 이미터일 수 있고, 인광 이미터의 예는 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, 또는 이들의 조합을 포함하는 유기 금속 화합물일 수 있다. 인광 이미터는 예를 들어 화학식 Z로 표시된 화합물일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다:
화학식 Z에서, M은 금속이고, L 및 X는 동일하거나 또는 서로 다르고, M과 착화합물을 형성하는 리간드이다.
M은 다핵 착화합물(polynuclear complex) 내 예를 들어 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd 또는 이들의 조합일 수 있고, L 및 X는 예를 들어 두자리(bidendate) 리간드일 수 있다.
방출층의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 20 nm 내지 약 60 nm일 수 있다. 방출층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 방출층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 개선된 발광 특징을 가질 수 있다.
다음, 유기층 적층물(105)의 전자 수송 영역이 상기 방출층 상에 배치된다.
유기층 적층물의 전자 수송 영역은 적어도 하나의 전자 수송층을 포함한다. 유기층 적층물의 전자 수송 영역은 전자 주입층 및/또는 정공 차단층을 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전자 수송층은 이의 다양한 구현예 중 하나에 따른 n-도핑된 유기 물질을 포함한다.
예를 들어, 유기층 적층물의 전자 수송 영역은 전자 수송층/정공 차단층/전자 주입층의 구조를 가질 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드는 유기층의 적층물(105)의 전자 수송 영역에 적어도 2개의 전자 수송층을 포함하고, 이 경우, 방출층과 접촉하는 층은 정공 차단층(33)이다.
전자 수송층은 2개 이상의 상이한 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함할 수 있다.
제2 전자 수송 매트릭스 화합물
본 발명에 따른 장치, 예를 들어 정공 차단층, 전자 주입층을 포함하는 장치에서 전자 수송 영역의 다양한 구현예는 제2 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함할 수 있다. 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 화학식 (I)의 화합물일 수 있다.
제2 전자 수송 매트릭스는 특별히 제한되지 않는다. 방출층 외부에 포함된 본 발명의 장치에 존재하는 다른 물질과 유사하게, 제2 전자 수송 매트릭스는 광을 방출하지 않을 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 매트릭스는 유기 화합물, 유기금속 화합물 또는 금속 착화합물일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 매트릭스는 적어도 6 비편재화된 전자의 공액 시스템을 포함하는 공유 화합물일 수 있다. 공유 물질이란 가장 넓은 가능한 의미에서, 모든 화학 결합 중 적어도 50%가 공유 결합인 물질인 것으로 이해될 것이고, 여기서, 배위 결합 또한 공유 결합으로서 간주된다. 본 출원에서, 상기 용어는 가장 넓은 의미에서, 주로 유리 화합물로부터 선택될 뿐만 아니라 예를 들어 탄소를 포함하지 않는 구조 모이어티를 포함하는 화합물, 예를 들어 치환된 2,4,6-트리보라-1,3,5 트리아진으로부터 또는 금속 착화합물, 예를 들어 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀레이트)로부터 선택되는 모든 통상적인 전자 수송 매트릭스를 포괄한다.
분자 공유 물질은 저분자량 화합물을 포함할 수 있으며, 이 화합물은 바람직하게는, 진공 열 증(VTE; vacuum thermal evaporation)에 의해 가공 가능할 정도로 안정할 수 있다. 대안적으로, 공유 물질은 중합체성 공유 화합물, 바람직하게는 용매에서 가용성이어서 용액 형태로 가공 가능한 화합물을 포함할 수 있다. 중합체성의 실질적으로 공유 물질은 가교되어, 무한정의 불규칙한 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 이해되지만, 이러한 가교된 중합체성의 실질적으로 공유 매트릭스 화합물은 골격(skeletal) 원자뿐만 아니라 주변(peripheral) 원자 둘 다 여전히 포함하는 것으로 제안된다. 공유 화합물의 골격 원자는 적어도 2개의 이웃 원자에 공유 결합된다. 공유 화합물의 다른 원자는 단일 이웃 원자와 공유 결합된 주변 원자이다. 부분적으로 공유 결합을 갖지만 규소, 게르마늄, 갈륨 아르세나이드, 인듐 포스파이드, 아연 설파이드, 실리케이트 유리 등과 같은 주변 원자가 실질적으로 결여된 무기 무한정 결정 또는 완전히 가교된 네트워크는, 이러한 완전히 가교된 공유 물질이 이러한 물질에 의해 형성된 상(phase)의 표면 상에만 주변 원자를 포함하기 때문에 본 출원의 측면에서 공유 매트릭스로서 여겨지지 않는다. 양이온 및 음이온을 포함하는 화합물은, 적어도 양이온 또는 적어도 음이온이 적어도 10개의 공유 결합된 원자를 포함한다면 공유로서 여전히 여겨진다.
공유 제2 전자 수송 매트릭스 화합물의 바람직한 예는 공유 결합된 C, H, O, N, S로부터 주로 구성되고 공유 결합된 B, P, As, Se를 또한 선택적으로 포함할 수 있는 유기 화합물이다. 일 구현예에서, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 금속 원자가 결여되어 있고, 이의 골격 원자의 대부분은 C, O, S, N으로부터 선택된다.
또 다른 구현예에서, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 적어도 6개, 더욱 바람직하게는 적어도 10개, 더욱 더 바람직하게는 적어도 14개의 비편재화된 전자의 공액 시스템을 포함한다.
비편재화된 전자의 공액 시스템의 예는 교대하는(alternating) pi- 및 시그마 결합의 시스템이다. 선택적으로, 이의 원자 사이에 pi-결합을 갖는 하나 이상의 2-원자 구조 단위는 적어도 하나의 고립 전자쌍을 갖는 원자에 의해, 전형적으로 O, S, Se, Te로부터 선택되는 2가 원자에 의해 또는 N, P, As, Sb, Bi로부터 선택되는 3가 원자에 의해 대체될 수 있다. 바람직하게는, 비편재화된 전자의 공액 시스템은 휘켈 규칙에 따라 적어도 하나의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 포함한다. 또한 바람직하게는, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 공유 결합에 의해 연결되거나 축합되는 적어도 2개의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 포함할 수 있다.
구체적인 구현예 중 하나에서, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 공유 결합된 원자로 구성된 고리를 포함하고, 상기 고리 내의 적어도 하나의 원자는 인이다.
더욱 바람직한 구현에에서, 공유 결합된 원자로 구성된 인-함유 고리는 포스페핀 고리이다.
또 다른 바람직한 구현에에서, 공유 매트릭스 화합물은 포스핀 옥사이드기를 포함한다. 또한 바람직하게는, 실질적으로 공유 매트릭스 화합물은 적어도 하나의 질소 원자를 포함하는 헤테로환식 고리를 포함한다. 본 발명의 장치에 대해 제2 전자 수송 매트릭스 화합물로서 특히 유리한 질소-함유 헤테로환식 화합물의 예는 피리딘 구조적 모이어티, 디아진 구조적 모이어티, 트리아진 구조적 모이어티, 퀴놀린 구조적 모이어티, 벤조퀴놀린 구조적 모이어티, 퀴나졸린 구조적 모이어티, 아크리딘 구조적 모이어티, 벤즈아크리딘 구조적 모이어티, 디벤즈아크리딘 구조적 모이어티, 디아졸 구조적 모이어티 및 벤조디아졸 구조적 모이어티를 단독으로 또는 조합하여 포함하는 매트릭스이다.
제2 매트릭스 화합물은 ≥ 400 내지 ≤ 850 g/mol, 바람직하게는 ≥ 450 내지 ≤ 830 g/mol의 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 분자량이 이 범위에서 선택된다면, 특히 재현 가능한 증발 및 증착이, 양호한 장기간 안정성이 관찰되는 온도에서 진공 내에서 달성될 수 있다.
바람직하게는, 제2 매트릭스 화합물은 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 제2 매트릭스 화합물의 환원 전위는 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대해 -2.2 V보다 음성이고 -2.35 V보다 덜 음성이 되도록, 바람직하게는 -2.25 V보다 음성이고 -2.3 V보다 덜 음성이 되도록 선택될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 매트릭스 화합물 및 제2 매트릭스 화합물은 상이하게 선택될 수 있고,
- 제2 전자 수송층은 제2 매트릭스 화합물로 구성될 수 있고;
- 제1 전자 수송층은 화학식 (I)의 유기 물질, 및 전기적 n-도판트, 바람직하게는 알칼리 금속 염 또는 알칼리 금속 유기 착화합물로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 제1 전자 수송층 및 제2 전자 수송층은 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 정공 차단층은 화학식 (I)의 유기 물질을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 방출층과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 전자 수송층은 정공 차단층과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 방출층과 제1 전자 수송층 사이에 개재될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 전자 주입층과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 제2 전자 수송층과 전자 주입층 사이에 개재될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 캐소드 전극과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 제2 전자 수송층과 캐소드 층 사이에 개재될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 방출층과 제1 전자 수송층 사이에 개재될 수 있고, 제1 전자 수송층은 제2 전자 수송층과 전자 주입층 사이에 개재되거나 또는 제2 전자 수송층과 정공 차단층 사이에 개재될 수 있다.
유기층 적층물의 전자 수송 영역의 제1 전자 수송층(31), 정공 차단층(33) 및 전자 주입층(37)의 형성 조건은 정공 주입층의 형성 조건을 지칭한다.
제1 전자 수송층의 두께는 약 2 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 3 nm 내지 약 30 nm일 수 있다. 제1 전자 수송층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 제1 전자 수송층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 개선된 전자 수송 보조 능력을 가질 수 있다.
제2 전자 수송층의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 15 nm 내지 약 50 nm일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 전자 수송층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 만족할 만한 전자 수송 보조 능력을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 유기 전계발광 장치는 제2 전자 수송층과 캐소드 사이에 전자 주입층을 추가로 포함한다.
전자 주입층(EIL)(37)은 캐소드(150)로부터의 전자의 주입을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전자 주입층(37)은
(i) 실질적으로 원소 형태의 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Eu 및 Yb, 보다 바람직하게는 Li, Na, Mg, Ca, Sr 및 Yb, 보다 더 바람직하게는 Li 및 Yb, 가장 바람직하게는 Yb로부터 선택되는 양전성 금속; 및/또는
(ii) 알칼리 금속 착화합물 및/또는 알칼리 금속 염, 바람직하게는 Li 착화합물 및/또는 염, 보다 바람직하게는 Li 퀴놀리놀레이트, 보다 더 바람직하게는 리튬 8-하이드록시퀴놀리놀레이트를 포함하고, 가장 바람직하게는 제2 전자 수송층의 알칼리 금속 염 및/또는 착화합물은 주입층의 알칼리 금속 염 및/또는 착화합물과 동일하다.
전자 주입층은 LiF, NaCl, CsF, Li2O 및 BaO로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
EIL의 두께는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 0.3 nm 내지 약 9 nm일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 전자 주입층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 만족할 만한 전자 주입 능력을 가질 수 있다.
캐소드(150)용 물질은 낮은 일함수를 가진 금속, 합금 또는 전기 전도성 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다. 캐소드(150)용 물질의 구체적인 예는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등일 수 있다. 기판 상에 증착된 반사성 애노드(110)를 갖는 상부 방출 발광 장치를 제조하기 위해, 캐소드(150)는 예를 들어, 인듐 주석 옥사이드(ITO) 또는 인듐 아연 옥사이드(IZO)로부터 투과성 전극(transmissive electrode)으로서 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 유기 반도체 층을 포함하는 본 발명에 따른 유기 전자 장치는 라디알렌 화합물 및/또는 퀴노디메탄 화합물을 포함하는 층을 추가로 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 라디알렌 화합물 및/또는 퀴노디메탄 화합물은 하나 이상의 할로겐 원자 및/또는 하나 이상의 전자 끄는 기로 치환될 수 있다. 전자 끄는 기는 니트릴기, 할로겐화된 알킬기, 대안적으로 퍼할로겐화된 알킬기, 대안적으로 퍼플루오르화된 알킬기로부터 선택될 수 있다. 전자 끄는 기의 다른 예는 아실, 설포닐기 또는 포스포릴기일 수 있다.
대안적으로, 아실기, 설포닐기 및/또는 포스포릴기는 할로겐화된 및/또는 퍼할로겐화된 하이드로카르빌을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 퍼할로겐화된 하이드로카르빌은 퍼플루오르화된 하이드로카르빌일 수 있다. 퍼플루오르화된 하이드로카르빌의 예는 퍼플루오르메틸, 퍼플루오르에틸, 퍼플루오르프로필, 퍼플루오르이소프로필, 퍼플루오로부틸, 퍼플루오로페닐, 퍼플루오로톨릴일 수 있으며; 할로겐화된 하이드로카르빌을 포함하는 설포닐기의 예는 트리플루오로메틸설포닐, 펜타플루오로에틸설포닐, 펜타플루오로페닐설포닐, 헵타플루오로프로필설포닐, 노나플루오로부틸설포닐 등일 수 있다.
일 구현예에서, 라디알렌 및/또는 퀴노디메탄 화합물은 정공 주입층, 정공 수송층 및/또는 정공 발생층에 포함될 수 있으며, 후자의 하나는 전하-발생층 또는 p-n-연접에서 정공을 발생시키는 기능을 갖는 것이다.
일 구현예에서, 라디알렌 화합물은 화학식 (XX)를 가질 수 있으며, 및/또는 퀴노디메탄 화합물은 화학식 (XXIa) 또는 (XXIb)를 가질 수 있으며:
여기서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R11, R12, R15, R16, R20, R21은 독립적으로 전자 끄는 기로부터 선택되고, R9, R10, R13, R14, R17, R18, R19, R22, R23 및 R24는 독립적으로 H, 할로겐 및 상기 언급된 전자 끄는 기로부터 선택된다.
이하, 구현예는 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 하기 실시예에 제한되는 것이 아니다.
본 발명의 목적의 부가적인 세부사항, 특징 및 이점은 종속항 및 각각의 도면의 하기 설명에 개시되며 -- 예시적인 방식으로 -- 본 발명에 따른 바람직한 구현예를 보여준다. 임의의 구현예가 본 발명의 전체 범위를 본질적으로 나타내지는 않지만, 본 발명의 범위를 해석하기 위해 청구항 및 본원을 참조한다. 상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명은 둘 다 예시적이고 설명적일 뿐이고 청구된 바와 같은 본 발명의 추가의 설명을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드를 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드의 유기층의 일부를 구체적으로 보여주는 단면도이다.
이하, 도면은 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 하기 도면으로 제한되지 않는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드(100, 300 및 400)의 도식적인 단면도이다. 이하, 도 1을 참조로 하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드의 구조 및 이의 제조 방법은 하기와 같다. 유기 발광 다이오드(100)는, 애노드(110), 선택적인 정공 수송 영역을 포함하는 유기층 적층물(105); 방출층(130); 및 캐노드(150)가 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
기판은 애노드(110) 위에 또는 캐소드(150) 아래에 배치될 수 있다. 기판은 일반적인 유기 발광 다이오드에 일반적으로 사용되는 통상적인 기판으로부터 선택될 수 있고, 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판일 수 있다.
애노드(110)는 기판 상에 애노드 물질을 증착시키거나 스퍼터링(sputtering)함으로써 형성될 수 있다. 상기 애노드 물질은 정공 주입을 용이하게 만드는 높은 일함수(work function)를 갖는 물질로부터 선택될 수 있다. 애노드(110)는 반사형(reflective) 전극, 반투과형(transflective) 전극 또는 투과형(transmissive) 전극일 수 있다. 상기 애노드 물질은 인듐 주석 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 주석 옥사이드(SnO2), 아연 옥사이드(ZnO) 등을 사용할 수 있다. 또는, 상기 애노드 물질은 은(Ag) 또는 금(Au) 또는 이들의 합금일 수 있다.
애노드(110)는 단일층, 또는 2개 이상의 층의 다층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드(100, 300 및 400)는 정공 수송 영역; 방출층(130); 및 화학식 I에 따른 화합물을 포함하는 제1 전자 수송 보조층(31)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조로, 유기층의 적층물(105)의 정공 수송 영역은 적어도 2개의 층화된(layered) 정공 수송층을 포함할 수 있고, 이러한 경우, 방출층(130)과 접촉하는 정공 수송층은 제2 정공 수송층(135)으로서 정의되고, 애노드(110)와 접촉하는 정공 수송층은 제1 정공 수송층(34)으로서 정의된다. 유기층의 적층물(105)은 2개의 추가의 층, 즉, 정공 차단층(33) 및 전자 수송층(31)을 추가로 포함한다. 적층물(105)의 정공 수송 영역은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층 및 완충층 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.
적층물(105)의 정공 수송 영역은 정공 주입층만 포함하거나 또는 정공 수송 층만 포함할 수 있다. 또는, 정공 수송 영역은, 정공 주입층(36)/정공 수송층(34) 또는 정공 주입층(36)/정공 수송층(34)/전자 차단층(135)이 애노드(110)로부터 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 주입층(36) 및 전자 주입층(37)은 부가적으로 포함될 수 있어서, OLED는 순차적으로 적층될 수 있는 애노드(110)/정공 주입층(36)/제1 정공 수송층(34)/전자 차단층(135)/방출층(130)/정공 차단층(33)/전자 수송층(31)/전자 주입층(37)/캐소드(150)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 유기 전계발광 장치(400)는 애노드(110), 정공 주입층(36), 제1 정공 수송층(34), 선택적인 전자 차단층(135), 방출층(130), 정공 차단층(33), 전자 수송층(31), 선택적인 전자 주입층(37), 캐소드 (150)를 포함하며, 여기서, 층들은 해당 순서로 배열된다.
정공 주입층(36)은 애노드로서 ITO와 정공 수송층(34)에 사용되는 유기 물질 사이의 계면 특성을 개선할 수 있으며, 비-평면화된(non-planarized) ITO 상에 적용될 수 있고, 따라서 상기 ITO의 표면을 평면화시킨다. 예를 들어, 정공 주입층(36)은, 애노드로서 ITO의 일함수와 제1 정공 수송층(34)의 HOMO의 에너지 수준 사이의 차이를 조정하기 위해, ITO의 일함수와 정공 수송층(34)의 HOMO의 에너지 수준 사이에서 이의 최고준위 점유 분자 오비탈(HOMO)의 에너지 수준의 중앙값을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역이 정공 주입층(37)을 포함하는 경우, 정공 주입층은 여러 가지 방법들, 예를 들어 진공 증착, 스핀 코팅, 캐스팅, 랭뮤어-블로드젯(LB; Langmuir-Blodgett) 방법 등 중 임의의 방법에 의해 애노드(110) 상에 형성될 수 있다.
정공 주입층이 진공 증착을 사용하여 형성되는 경우, 진공 증착 조건은 정공 주입층의 형성에 사용되는 물질, 및 형성되는 정공 주입층의 요망되는 구조 및 열적 특성에 따라 다를 수 있고, 예를 들어 진공 증착은 100℃ 내지 약 500℃의 온도, 약 10-6 Pa 내지 약 10-1 Pa의 압력 및 약 0.1 내지 약 10 nm/sec의 증착 속도에서 수행될 수 있으나, 증착 조건은 이들로 한정되지 않는다.
정공 주입층이 스핀 코팅을 사용하여 형성되는 경우, 코팅 조건은 정공 주입층의 형성에 사용되는 물질, 및 형성되는 정공 주입층의 요망되는 구조 및 열적 특성에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 코팅 속도는 약 2000 rpm 내지 약 5000 rpm의 범위일 수 있고, 코팅 후 열 처리가 수행되어 용매를 제거하는 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있으나, 코팅 조건은 이들로 한정되지 않는다.
정공 수송층 및 전자 차단층을 형성하기 위한 조건은 정공 주입층의 경우 상기 기재된 형성 조건을 기반으로 정의될 수 있다.
전하 수송 영역 중 정공 수송 파트의 두께는 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있다. 전하 수송 영역 중 정공 수송 파트가 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하는 경우, 정공 주입층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들어 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있고, 정공 수송층의 두께는 약 5 nm 내지 약 200 nm, 예를 들어 약 10 nm 내지 약 150 nm일 수 있다. 정공 수송 영역, HIL 및 HTL의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 만족할만한 정공 수송 특징이 구동 전압의 실질적인 증가 없이 수득될 수 있다.
정공 수송 영역에 사용되는 정공 수송 매트릭스 물질은 특별히 제한되지 않는다. 적어도 6개의 비편재화된 전자의 공액된 시스템을 포함하는 공유 화합물이 바람직하다. 용어 "공유 화합물"은 하기에서 제2 전자 수송 매트릭스에 관한 단락에서 더 상세히 설명된다. 정공 수송층에 광범위하게 사용되는 정공 수송 매트릭스 물질의 전형적인 예는 다환식 방향족 탄화수소, 트리아릴 아민 화합물 및 헤테로환식 방향족 화합물이다. 정공 수송 영역의 다양한 층에 유용한 정공 수송 매트릭스의 프론티어 오비탈(frontier orbital) 에너지 수준의 적합한 범위는 잘 공지되어 있다. HTL 매트릭스의 산화환원 커플 HTL 매트릭스/양이온 라디칼의 산화환원 전위의 측면에서, 바람직한 값(예를 들어 참조로서 페로센/페로세늄 산화환원 커플에 대해 사이클릭 볼타메트리에 의해 측정된다면)은 0.0 내지 1.0 V의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.7 V의 범위, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 0.5 V의 범위일 수 있다.
유기층의 적층물의 정공 수송 영역은 상기 기재된 바와 같은 물질 외에도, 전도성 및/또는 애노드로부터의 정공 주입을 개선하기 위해 전기적 p-도판트를 추가로 포함해야 한다.
전하-발생 물질은 제1 정공 수송층 내에서 균질하게 또는 불균질하게 분산될 수 있다. 전기적 p-도판트는 퀴논 유도체, 라디알렌 화합물, 금속 옥사이드 및 사이노기-함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. p-도판트의 비제한적인 예로는, 퀴논 유도체, 예컨대 테트라시아노퀴논다이메탄(TCNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라시아노-1,4-벤조퀴논다이메탄(F4-TCNQ), PD-2와 같은 라디알렌 화합물 등; 금속 옥사이드, 예컨대 텅스텐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드 등; 및 시아노-함유 화합물, 예컨대 하기 화합물 HT-D1가 있다.
전하 수송 영역 중 정공 수송 파트는 완충층을 추가로 포함할 수 있다.
완충층은 EML로부터 방출된 광의 파장에 따라 광의 광학 공명 거리(optical resonance distance)를 보상할 수 있고, 따라서 효율을 증가시킬 수 있다.
방출층(EML)은 진공 증착, 스핀 코팅, 캐스팅, LB 방법 등을 사용함으로써 정공 수송 영역 상에 형성될 수 있다. 방출층이 진공 증착 또는 스핀 코팅을 사용하여 형성되는 경우, 증착 및 코팅의 조건은 방출층을 형성하는 데 사용되는 물질에 따라 다양할 수 있긴 하더라도, 상기 증착 및 코팅 조건은 정공 주입층의 형성을 위한 조건과 유사할 수 있다. 방출층은 이미터 호스트(EML 호스트) 및 도판트(추가의 유일한 이미터)를 포함할 수 있다.
이미터는 적색, 녹색 또는 청색 이미터일 수 있다.
일 구현예에서, 이미터 호스트는 하기 화학식 400으로 표시된 안트라센 매트릭스 화합물이다:
상기 화학식 400에서, Ar111 및 Ar112는 각각 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴렌기일 수 있으며; Ar113 내지 Ar116은 각각 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C1-C10 알킬기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C60 아릴기일 수 있고; g, h, i, 및 j는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다. 일부 구현예에서, 화학식 400에서 Ar111 및 Ar112는 각각 독립적으로, 페닐렌기, 나프탈렌기, 페난트레닐렌기 또는 피레닐렌기; 또는 각각이 페닐기, 나프틸기, 또는 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 페닐렌기, 나프탈렌기, 페난트레닐렌기, 플루오레닐기 또는 피레닐렌기 중 하나일 수 있다.
화학식 400에서, g, h, i, 및 j는 각각 독립적으로 0, 1, 또는 2의 정수일 수 있다.
화학식 400에서, Ar113 내지 Ar116은 각각 독립적으로,
- 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10 알킬기;
- 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 피레닐기, 페난트레닐기 또는 플루오레닐기;
- 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 피레닐기, 페난트레닐기, 또는 플루오레닐기로서, 각각은 중수소 원자, 할로겐 원자, 하이드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 하이드라존기, 카르복실기 또는 이의 염 중 하나 이상으로 치환됨,
- 설폰산기 또는 이의 염,
- 인산기 또는 이의 염,
- C1-C60 알킬기, C2-C60 알케닐기, C2-C60 알키닐기, C1-C60 알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 피레닐기, 페난트레닐기, 또는
- 플루오레닐기; 또는
- 화학식 (Y2) 또는 (Y3):
중 하나일 수 있다.
화학식 (Y2) 및 (Y3)에서, X가 산소 원자 및 황 원자로부터 선택되지만, 본 발명의 구현예들은 이들로 한정되는 것은 아니다.
화학식 (Y2)에서, R11 내지 R14 중 임의의 하나는 Ar111에의 결합에 사용된다. Ar111에의 결합에 사용되지 않는 R11 내지 R14 및 R15 내지 R20은 R1 내지 R8와 동일하다.
화학식 (Y3)에서, R21 내지 R24 중 임의의 하나는 Ar111에의 결합에 사용된다. Ar111에의 결합에 사용되지 않는 R21 내지 R24 및 R25 내지 R30은 R1 내지 R8와 동일하다.
바람직하게는, EML 호스트는 N, O 또는 S로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 내지 3개의 헤테로원자를 포함한다. 보다 바람직하게는, EML 호스트는 S 또는 O로부터 선택되는 1개의 헤테로원자를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 이미터 호스트는 각각 환원 전위를 가지며, 이러한 환원 전위는 동일한 조건 하에 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대해 사이클릭 볼타메트리(cyclic voltammetry)에 의해 측정된다면, 7-([1,1'-비페닐]-4-일)디벤조[c,h]아크리딘에 대해 수득된 각각의 값보다 더 음성인 값, 바람직하게는 9,9',10,10'-테트라페닐-2,2'-비안트라센에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 바람직하게는 2,9-디([1,1'-비페닐]-4-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 더 바람직하게는 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 더 바람직하게는 9,10-디(나프탈렌-2-일)-2-페닐안트라센에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 더욱 더 바람직하게는 2,9-비스(2-메톡시페닐)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값, 가장 바람직하게는 9,9'-스피로비[플루오렌]-2,7-디일비스(디페닐포스핀 옥사이드)에 대한 각각의 값보다 더 음성인 값을 가진다.
이미터는 발광을 유발하기 위해 소량으로 혼합되며, 일반적으로 삼중항 이상으로의 다중 여기(multiple excitation)에 의해 발광하는 물질, 예컨대 금속 착화합물일 수 있다. 도판트는 예를 들어, 무기 화합물, 유기 화합물 또는 유기금속 화합물일 수 있고, 이들의 하나 이상의 종류가 사용될 수 있다.
이미터는 형광 이미터, 예를 들어 터-플루오렌일 수 있으며, 이의 구조는 하기에 나타나 있다. 4.4'-비스(4-다이페닐 아미오스티릴)비페닐(DPAVBi), 2,5,8,11-테트라-tert-부틸 페릴렌(TBPe) 및 하기 화합물 4는 형광 청색 이미터의 예이다.
또 다른 양태에 따르면, 화학식 I의 화합물을 포함하는 유기 반도체 층은 형광 청색 방출층과 캐소드 전극 사이에 배열된다.
이미터는 인광 이미터일 수 있고, 인광 이미터의 예는 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, 또는 이들의 조합을 포함하는 유기 금속 화합물일 수 있다. 인광 이미터는 예를 들어 화학식 Z로 표시된 화합물일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다:
화학식 Z에서, M은 금속이고, L 및 X는 동일하거나 또는 서로 다르고, M과 착화합물을 형성하는 리간드이다.
M은 다핵 착화합물(polynuclear complex) 내 예를 들어 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd 또는 이들의 조합일 수 있고, L 및 X는 예를 들어 두자리(bidendate) 리간드일 수 있다.
방출층의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 20 nm 내지 약 60 nm일 수 있다. 방출층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 방출층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 개선된 발광 특징을 가질 수 있다.
다음, 유기층 적층물(105)의 전자 수송 영역이 상기 방출층 상에 배치된다.
유기층 적층물의 전자 수송 영역은 적어도 하나의 전자 수송층을 포함한다. 유기층 적층물의 전자 수송 영역은 전자 주입층 및/또는 정공 차단층을 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전자 수송층은 이의 다양한 구현예 중 하나에 따른 n-도핑된 유기 물질을 포함한다.
예를 들어, 유기층 적층물의 전자 수송 영역은 전자 수송층/정공 차단층/전자 주입층의 구조를 가질 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 다이오드는 유기층의 적층물(105)의 전자 수송 영역에 적어도 2개의 전자 수송층을 포함하고, 이 경우, 방출층과 접촉하는 층은 정공 차단층(33)이다.
전자 수송층은 2개 이상의 상이한 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함할 수 있다.
제2 전자 수송 매트릭스 화합물
본 발명에 따른 장치, 예를 들어 정공 차단층, 전자 주입층을 포함하는 장치에서 전자 수송 영역의 다양한 구현예는 제2 전자 수송 매트릭스 화합물을 포함할 수 있다. 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 화학식 (I)의 화합물일 수 있다.
제2 전자 수송 매트릭스는 특별히 제한되지 않는다. 방출층 외부에 포함된 본 발명의 장치에 존재하는 다른 물질과 유사하게, 제2 전자 수송 매트릭스는 광을 방출하지 않을 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 매트릭스는 유기 화합물, 유기금속 화합물 또는 금속 착화합물일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 전자 수송 매트릭스는 적어도 6 비편재화된 전자의 공액 시스템을 포함하는 공유 화합물일 수 있다. 공유 물질이란 가장 넓은 가능한 의미에서, 모든 화학 결합 중 적어도 50%가 공유 결합인 물질인 것으로 이해될 것이고, 여기서, 배위 결합 또한 공유 결합으로서 간주된다. 본 출원에서, 상기 용어는 가장 넓은 의미에서, 주로 유리 화합물로부터 선택될 뿐만 아니라 예를 들어 탄소를 포함하지 않는 구조 모이어티를 포함하는 화합물, 예를 들어 치환된 2,4,6-트리보라-1,3,5 트리아진으로부터 또는 금속 착화합물, 예를 들어 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀레이트)로부터 선택되는 모든 통상적인 전자 수송 매트릭스를 포괄한다.
분자 공유 물질은 저분자량 화합물을 포함할 수 있으며, 이 화합물은 바람직하게는, 진공 열 증(VTE; vacuum thermal evaporation)에 의해 가공 가능할 정도로 안정할 수 있다. 대안적으로, 공유 물질은 중합체성 공유 화합물, 바람직하게는 용매에서 가용성이어서 용액 형태로 가공 가능한 화합물을 포함할 수 있다. 중합체성의 실질적으로 공유 물질은 가교되어, 무한정의 불규칙한 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 이해되지만, 이러한 가교된 중합체성의 실질적으로 공유 매트릭스 화합물은 골격(skeletal) 원자뿐만 아니라 주변(peripheral) 원자 둘 다 여전히 포함하는 것으로 제안된다. 공유 화합물의 골격 원자는 적어도 2개의 이웃 원자에 공유 결합된다. 공유 화합물의 다른 원자는 단일 이웃 원자와 공유 결합된 주변 원자이다. 부분적으로 공유 결합을 갖지만 규소, 게르마늄, 갈륨 아르세나이드, 인듐 포스파이드, 아연 설파이드, 실리케이트 유리 등과 같은 주변 원자가 실질적으로 결여된 무기 무한정 결정 또는 완전히 가교된 네트워크는, 이러한 완전히 가교된 공유 물질이 이러한 물질에 의해 형성된 상(phase)의 표면 상에만 주변 원자를 포함하기 때문에 본 출원의 측면에서 공유 매트릭스로서 여겨지지 않는다. 양이온 및 음이온을 포함하는 화합물은, 적어도 양이온 또는 적어도 음이온이 적어도 10개의 공유 결합된 원자를 포함한다면 공유로서 여전히 여겨진다.
공유 제2 전자 수송 매트릭스 화합물의 바람직한 예는 공유 결합된 C, H, O, N, S로부터 주로 구성되고 공유 결합된 B, P, As, Se를 또한 선택적으로 포함할 수 있는 유기 화합물이다. 일 구현예에서, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 금속 원자가 결여되어 있고, 이의 골격 원자의 대부분은 C, O, S, N으로부터 선택된다.
또 다른 구현예에서, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 적어도 6개, 더욱 바람직하게는 적어도 10개, 더욱 더 바람직하게는 적어도 14개의 비편재화된 전자의 공액 시스템을 포함한다.
비편재화된 전자의 공액 시스템의 예는 교대하는(alternating) pi- 및 시그마 결합의 시스템이다. 선택적으로, 이의 원자 사이에 pi-결합을 갖는 하나 이상의 2-원자 구조 단위는 적어도 하나의 고립 전자쌍을 갖는 원자에 의해, 전형적으로 O, S, Se, Te로부터 선택되는 2가 원자에 의해 또는 N, P, As, Sb, Bi로부터 선택되는 3가 원자에 의해 대체될 수 있다. 바람직하게는, 비편재화된 전자의 공액 시스템은 휘켈 규칙에 따라 적어도 하나의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 포함한다. 또한 바람직하게는, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 공유 결합에 의해 연결되거나 축합되는 적어도 2개의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 포함할 수 있다.
구체적인 구현예 중 하나에서, 제2 전자 수송 매트릭스 화합물은 공유 결합된 원자로 구성된 고리를 포함하고, 상기 고리 내의 적어도 하나의 원자는 인이다.
더욱 바람직한 구현에에서, 공유 결합된 원자로 구성된 인-함유 고리는 포스페핀 고리이다.
또 다른 바람직한 구현에에서, 공유 매트릭스 화합물은 포스핀 옥사이드기를 포함한다. 또한 바람직하게는, 실질적으로 공유 매트릭스 화합물은 적어도 하나의 질소 원자를 포함하는 헤테로환식 고리를 포함한다. 본 발명의 장치에 대해 제2 전자 수송 매트릭스 화합물로서 특히 유리한 질소-함유 헤테로환식 화합물의 예는 피리딘 구조적 모이어티, 디아진 구조적 모이어티, 트리아진 구조적 모이어티, 퀴놀린 구조적 모이어티, 벤조퀴놀린 구조적 모이어티, 퀴나졸린 구조적 모이어티, 아크리딘 구조적 모이어티, 벤즈아크리딘 구조적 모이어티, 디벤즈아크리딘 구조적 모이어티, 디아졸 구조적 모이어티 및 벤조디아졸 구조적 모이어티를 단독으로 또는 조합하여 포함하는 매트릭스이다.
제2 매트릭스 화합물은 ≥ 400 내지 ≤ 850 g/mol, 바람직하게는 ≥ 450 내지 ≤ 830 g/mol의 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 분자량이 이 범위에서 선택된다면, 특히 재현 가능한 증발 및 증착이, 양호한 장기간 안정성이 관찰되는 온도에서 진공 내에서 달성될 수 있다.
바람직하게는, 제2 매트릭스 화합물은 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 제2 매트릭스 화합물의 환원 전위는 테트라하이드로푸란 중 Fc/Fc+에 대해 -2.2 V보다 음성이고 -2.35 V보다 덜 음성이 되도록, 바람직하게는 -2.25 V보다 음성이고 -2.3 V보다 덜 음성이 되도록 선택될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 매트릭스 화합물 및 제2 매트릭스 화합물은 상이하게 선택될 수 있고,
- 제2 전자 수송층은 제2 매트릭스 화합물로 구성될 수 있고;
- 제1 전자 수송층은 화학식 (I)의 유기 물질, 및 전기적 n-도판트, 바람직하게는 알칼리 금속 염 또는 알칼리 금속 유기 착화합물로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 제1 전자 수송층 및 제2 전자 수송층은 본질적으로 비-방출성일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 정공 차단층은 화학식 (I)의 유기 물질을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 방출층과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 전자 수송층은 정공 차단층과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 방출층과 제1 전자 수송층 사이에 개재될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 전자 주입층과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 제2 전자 수송층과 전자 주입층 사이에 개재될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 캐소드 전극과 직접 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 전자 수송층은 제2 전자 수송층과 캐소드 층 사이에 개재될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제2 전자 수송층은 방출층과 제1 전자 수송층 사이에 개재될 수 있고, 제1 전자 수송층은 제2 전자 수송층과 전자 주입층 사이에 개재되거나 또는 제2 전자 수송층과 정공 차단층 사이에 개재될 수 있다.
유기층 적층물의 전자 수송 영역의 제1 전자 수송층(31), 정공 차단층(33) 및 전자 주입층(37)의 형성 조건은 정공 주입층의 형성 조건을 지칭한다.
제1 전자 수송층의 두께는 약 2 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 3 nm 내지 약 30 nm일 수 있다. 제1 전자 수송층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 제1 전자 수송층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 개선된 전자 수송 보조 능력을 가질 수 있다.
제2 전자 수송층의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 15 nm 내지 약 50 nm일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 전자 수송층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 만족할 만한 전자 수송 보조 능력을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 유기 전계발광 장치는 제2 전자 수송층과 캐소드 사이에 전자 주입층을 추가로 포함한다.
전자 주입층(EIL)(37)은 캐소드(150)로부터의 전자의 주입을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전자 주입층(37)은
(i) 실질적으로 원소 형태의 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Eu 및 Yb, 보다 바람직하게는 Li, Na, Mg, Ca, Sr 및 Yb, 보다 더 바람직하게는 Li 및 Yb, 가장 바람직하게는 Yb로부터 선택되는 양전성 금속; 및/또는
(ii) 알칼리 금속 착화합물 및/또는 알칼리 금속 염, 바람직하게는 Li 착화합물 및/또는 염, 보다 바람직하게는 Li 퀴놀리놀레이트, 보다 더 바람직하게는 리튬 8-하이드록시퀴놀리놀레이트를 포함하고, 가장 바람직하게는 제2 전자 수송층의 알칼리 금속 염 및/또는 착화합물은 주입층의 알칼리 금속 염 및/또는 착화합물과 동일하다.
전자 주입층은 LiF, NaCl, CsF, Li2O 및 BaO로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
EIL의 두께는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 0.3 nm 내지 약 9 nm일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 이들 범위 내에 있는 경우, 전자 주입층은 구동 전압의 실질적인 증가 없이 만족할 만한 전자 주입 능력을 가질 수 있다.
캐소드(150)용 물질은 낮은 일함수를 가진 금속, 합금 또는 전기 전도성 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다. 캐소드(150)용 물질의 구체적인 예는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등일 수 있다. 기판 상에 증착된 반사성 애노드(110)를 갖는 상부 방출 발광 장치를 제조하기 위해, 캐소드(150)는 예를 들어, 인듐 주석 옥사이드(ITO) 또는 인듐 아연 옥사이드(IZO)로부터 투과성 전극(transmissive electrode)으로서 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 유기 반도체 층을 포함하는 본 발명에 따른 유기 전자 장치는 라디알렌 화합물 및/또는 퀴노디메탄 화합물을 포함하는 층을 추가로 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 라디알렌 화합물 및/또는 퀴노디메탄 화합물은 하나 이상의 할로겐 원자 및/또는 하나 이상의 전자 끄는 기로 치환될 수 있다. 전자 끄는 기는 니트릴기, 할로겐화된 알킬기, 대안적으로 퍼할로겐화된 알킬기, 대안적으로 퍼플루오르화된 알킬기로부터 선택될 수 있다. 전자 끄는 기의 다른 예는 아실, 설포닐기 또는 포스포릴기일 수 있다.
대안적으로, 아실기, 설포닐기 및/또는 포스포릴기는 할로겐화된 및/또는 퍼할로겐화된 하이드로카르빌을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 퍼할로겐화된 하이드로카르빌은 퍼플루오르화된 하이드로카르빌일 수 있다. 퍼플루오르화된 하이드로카르빌의 예는 퍼플루오르메틸, 퍼플루오르에틸, 퍼플루오르프로필, 퍼플루오르이소프로필, 퍼플루오로부틸, 퍼플루오로페닐, 퍼플루오로톨릴일 수 있으며; 할로겐화된 하이드로카르빌을 포함하는 설포닐기의 예는 트리플루오로메틸설포닐, 펜타플루오로에틸설포닐, 펜타플루오로페닐설포닐, 헵타플루오로프로필설포닐, 노나플루오로부틸설포닐 등일 수 있다.
일 구현예에서, 라디알렌 및/또는 퀴노디메탄 화합물은 정공 주입층, 정공 수송층 및/또는 정공 발생층에 포함될 수 있으며, 후자의 하나는 전하-발생층 또는 p-n-연접에서 정공을 발생시키는 기능을 갖는 것이다.
일 구현예에서, 라디알렌 화합물은 화학식 (XX)를 가질 수 있으며, 및/또는 퀴노디메탄 화합물은 화학식 (XXIa) 또는 (XXIb)를 가질 수 있으며:
여기서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R11, R12, R15, R16, R20, R21은 독립적으로 전자 끄는 기로부터 선택되고, R9, R10, R13, R14, R17, R18, R19, R22, R23 및 R24는 독립적으로 H, 할로겐 및 상기 언급된 전자 끄는 기로부터 선택된다.
이하, 구현예는 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 하기 실시예에 제한되는 것이 아니다.
더욱이, 본 발명은 단지 예시적이고 강제적이지 않는 하기 실시예에 의해 예시된다.
화학식 1의 화합물의 합성
중간산물:
3-브로모-3',4',5'-트리페닐-1,1':2',1''-터페닐
Organometallics, 2006, 25(19), 4665-4669에 기재된 합성.
9-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센
플라스크를 질소로 플러쉬(flush)하고, 3-브로모-3',4',5'-트리페닐-1,1':2',1''-터페닐(150.0 g, 1.0 eq., 279.1 mmol), 안트라센 보론산(74.4 g, 1.2 eq., 334.9 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(6.5 g, 0.02 eq., 5.6 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(115.7 g, 3.0 eq., 837.2 mmol)로 충전시켰다. 탈기된 글라임(glyme)(890 mL)과 물(356 mL)의 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물을 95℃ 이하까지 가열하고 질소 분위기 하에 반응시켰다. 22시간의 환류 후, 고온일 때 유기층을 우선 디캔팅(decant)하고, 그 후에 교반하면서 냉각시켰다. 침전물을 여과하고, 우선 글라임(3 x 10 mL)으로 세정한 다음 pH가 중성이 될 때까지 물(1 L)로 세정하고 다시 글라임(2 x 10 mL)으로 세정하였다. 조(crude) 고형분을 클로로포름(600 mL)에 용해시켰다. 결과적인 용액을, 클로로포름을 용출제(400 mL)로서 사용하여 실리카에 걸쳐 여과하였다. 헥산(100 mL)을 용액에 첨가하고, 여과물을 진공 하에 침전까지 감소시켰다. 그 후에, 200 mL의 헥산을 첨가하였다. 현탁액을 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 침전물을 여과하고, 헥산으로 헹구고, 40℃에서 진공 하에 밤새 건조하여, 74% 수율(131.1 g)의 표제 화합물을 약간 황색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 657(634+Na).
9-브로모-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센
9-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센(131.8 g, 1.0 eq., 206.0 mmol), N-브로모숙신이미드(44.0 g, 1.2 eq., 247.3 mmol) 및 클로로포름(1.4 L)을 플라스크에 넣었다. 반응 혼합물을 40℃ 이하에서 3일 동안 가열하였다. 그 후에, 상기 혼합물을 실온까지 냉각시켰다. 물(500 mL)을 첨가하고, 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 유기층을 디캔팅시키고, MgSO4에 걸쳐 건조하였다. 건조제를 여과하고, 유기상 중 용매를 진공 하에 증발시켰다. 헥산(500 mL)을 첨가하고, 현탁액을 실온에서 밤새 교반하였다. 고체를 여과하고, 헥산으로 헹구고(3 x 20 mL), 40℃에서 진공 하에 밤새 건조하여, 정량적 수율(148 g)의 표제 화합물을 약간 황색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 737 (714+Na).
4,4,5,5-테트라메틸-2-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)-1,3,2-디옥사보롤란
-80℃에서 질소 분위기 하에 무수 THF(600 mL) 중 9-브로모-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센(89.2 g, 1.0 eq, 125.0 mmol)의 교반된 용액에 헥산(100 mL, 33 중량%, 2.0 eq., 250.0 mmol) 중 HexLi를 첨가하고, 혼합물을 동일한 온도에서 2시간 동안 교반하였다. 그 후에, 2-이소프로폭시-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란(69.8 g, 3.0 eq., 375.0 mmol)을 -80℃에서 질소 분위기 하에 첨가하고, 상기 혼합물을, 온도를 실온까지 점차적으로 증가시키면서 밤새 교반하였다. 물을 첨가하고(100 mL), THF를 증발시켰다. 디클로로메탄(500 mL) 및 물(300 mL)을 첨가하고, 유기상을 디캔팅하였다. 수성상을 디클로로메탄(300 mL)으로 추출하였다. 조합된 유기상을 물(500 mL)로 세척한 다음, Na2SO4에 걸쳐 건조하였다. 톨루엔(150 mL)을 첨가하고, 용액을 침전 시까지 진공 하에 감소시켰다. 그 후에, 이를 0℃까지 냉각시켰다. 침전물을 여과하고, 우선 톨루엔(2 x 10 mL)으로 헹군 다음 헥산(2 x 10 mL)으로 헹구었다. 고체를 고온 클로로포름에 용해시키고, 결과적인 용액을 클로로포름을 용출제로서 사용하여 실리카에 걸쳐 여과하였다(200 mL). 이소프로판올(150 mL)을 첨가하고, 용액을 진공 하에 감소시켜 클로로포름을 증발시켰다. 그 후에, 이를 교반하도록 놔두고, 침전물을 여과하고 우선 이소프로판올(2 x 10 mL)로 헹군 다음 헥산(2 x 10 mL)으로 헹구었다. 이를 클로로포름(200 mL)에 재-용해시키고, 헥산(80 mL)을 첨가하고, 용액을 진공 하에 대략 90 mL까지 감소시켰다. 침전물을 여과하고, 40℃에서 진공 하에 밤새 건조하여, 62% 수율(68.9 g)의 표제 화합물을 약간 황색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 783 (760+Na).
9-(3-브로모페닐)-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센
플라스크를 질소로 플러쉬하고, 4,4,5,5-테트라메틸-2-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)-1,3,2-디옥사보롤란(73.8 g, 1.0 eq., 97.0 mmol), 1-브로모-3-요오도벤젠(32.9 g, 1.2 eq., 116.4 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(2.2 g, 0.02 eq., 1.9 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(40.2 g, 3.0 eq., 291.0 mmol)로 충전시켰다. 글라임(364 mL)과 물(146 mL)의 탈기된 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물을 95℃ 이하까지 가열하고 질소 분위기 하에 반응시켰다. 3일의 환류 후, 반응 혼합물을 실온까지 냉가시켰다. 침전물을 여과하고, 우선 글라임(2 x 10 mL)으로, 그 다음 물(5 x 40 mL), 그 다음 헥산(2 x 10 mL)으로 헹구었다. 조 고형분을 고온 클로로포름(1500 mL)에 용해시켰다. 결과적인 용액을, 클로로포름을 용출제(300 mL)로서 사용하여 실리카에 걸쳐 여과하였다. 여과물을 진공 하에 150 mL까지 감소시키고, 그 다음 헥산(150 mL)을 첨가하였다. 현탁액을 밤새 교반하였다. 침전물을 여과하고, 우선 클로로포름 / 헥산 1.5 / 1.0(2 x 20 mL)으로, 그 다음 헥산(1 x 20 mL)으로 헹구었다. 조 고형분을 고온 클로로포름(800 mL)에 용해시키고, 결과적인 용액을, 클로로포름을 용출제(300 mL)로서 사용하여 실리카에 걸쳐 여과하였다. 여과물을 진공 하에 100 mL까지 감소시키고, 그 다음 헥산(50 mL)을 첨가하였다. 현탁액을 밤새 교반하였다. 침전물을 여과하고, 우선 클로로포름 / 헥산 2.0 / 1.0(2 x 10 mL)으로 헹구고, 그 다음 헥산(1 x 10 mL)으로 헹군 다음, 마지막으로 진공 하에 40℃에서 밤새 건조하여 55% 수율(42.3 g)의 표제 화합물을 백색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 811(788+Na).
최종 화합물:
3-(3-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)페닐)피리딘
플라스크를 질소로 플러쉬하고, 9-브로모-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센(10.5 g, 1.0 eq., 13.3 mmol), 3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란-2-일)피리딘(4.1 g, 1.5 eq., 20.0 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(0.31 g, 0.02 eq., 0.27 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(5.5 g, 3.0 eq., 40.0 mmol)로 충전시켰다. 글라임(100 mL), 톨루엔(5 mL) 및 물(20 mL)의 탈기된 혼합물을 첨가하고, 상기 혼합물을 95℃ 이하까지 가열하고, 질소 분위기 하에 반응시켰다. 6일의 환류 후, 반응을 냉각시켰다. 침전물을 여과하고, 우선 글라임(2 x 10 mL)으로 헹군 다음 물(200 mL)로 헹구고 다시 글라임(5 mL)으로 헹구었다. 조 고형분을 고온 클로로포름(100 mL)에 용해시켰다. 결과적인 용액을, 디클로로메탄을 용출제(200 mL)로서 사용하여 실리카에 걸쳐 여과하였다. 용매를 진공 하에 제거하였다. 글라임(80 mL)을 첨가하고, 40℃에서 교반하였다. 헥산을 첨가하고(50 mL), 이를 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 고형분을 여과하고, 헥산으로 세척하였다. 그 후에, 이를 환류 에틸아세테이트(235 mL)에 재용해시켰다. 그 후에, 에틸아세테이트를 고형분이 침전하기 시작할 때까지 증발시켰다. 현탁액을 실온에서 4시간 동안 교반한 다음, 침전물을 여과하고 헥산으로 세척하였다. 고형분을 디클로로메탄 / 헥산 1 / 1(200 mL)에 1회 이상 재용해시키고, 실리카에 걸쳐 여과하였다. 디클로로메탄 / 헥산 1 / 1(150 mL)을 우선 용출제로서 사용하여 부 생성물을 제거하였다. 그 후에, 에틸아세테이트(300 mL)를 용출제로서 사용하였다. 에틸아세테이트를 증발시켜, 24% 수율(2.5 g)의 표제 화합물을 백색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 789(M+H).
4-(3-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)페닐)피리딘
플라스크를 질소로 플러쉬하고, 9-브로모-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센(8.0 g, 1.0 eq., 10.1 mmol), 피리딘-4-일보론산(1.7 g, 1.4 eq., 14.2 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(0.23 g, 0.02 eq., 0.2 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(4.2 g, 3.0 eq., 30.4 mmol)로 충전시켰다. 톨루엔(160 mL), 에탄올(32 mL) 및 물(16 mL)의 탈기된 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물을 95℃ 이하까지 가열하고, 질소 분위기 하에 반응시켰다. 2일의 환류 후, 반응을 냉각시키고, 물 / 염수 1 / 1(3회)로 세척하였다. 유기상을 디캔팅하고, MgSO4에 걸쳐 건조하고, 실리카에 걸쳐 여과하였다. 클로로포름 / 헥산 1 / 1를 용출제로서 사용하여 부산물을 제거한 다음, 클로로포름(1.5 L) 및 톨루엔(200 mL)을 사용하여 필요한 화합물을 용출시켰다. 용매를 20 mL 이하까지 증발시켰다. 헥산(20 mL)을 첨가하고, 현탁액을 밤새 교반하였다. 그 후에, 침전물을 여과하고, 헥산(2 x 5 mL)으로 세척하였다. 고형분을 헥산 / 디클로로메탄 1 / 1(200 mL)에 용해시키고, 실리카에 걸쳐 여과하였다. 헥산 / 디클로로메탄 1 / 1(100 mL)를 용출제로서 사용하여 부산물을 제거하였다. 그 다음, 에틸아세테이트(500 mL)를 용출제로서 사용하였다. 용매를 제거하고, 고형분을 90 mL의 글라임에서 끓였다. 용액을 약간 냉각시키고, 60 mL의 헥산을 첨가하였다. 혼합물을 실온까지 냉각시키고, 그 다음 침전물을 여과하고, 헥산으로 세척하였다. 마지막으로, 이를 에틸아세테이트에서 끓이고, 실온까지 냉각시키고, 침전물을 여과하고, 에틸아세테이트(10 mL)로 세척하여 64% 수율(5.1 g)의 표제 화합물을 백색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 789(M+H)
7-(3-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)페닐)퀴놀린
플라스크를 질소로 플러쉬하고, 9-브로모-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센(10.5 g, 1.0 eq., 13.3 mmol), 퀴놀린-7-일보론산(3.0 g, 1.2 eq., 17.3 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(0.23 g, 0.02 eq., 0.2 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(5.5 g, 3.0 eq., 138.2 mmol)로 충전시켰다. 글라임(90 mL), 톨루엔(5 mL) 및 물(20 mL)의 탈기된 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물을 95℃ 이하까지 가열하고, 질소 분위기 하에 반응시켰다. 3일 후, 반응을 냉각시키고, 침전물을 여과하고, 우선 글라임(10 mL)으로, 그 다음 물(150 mL)로, 마지막으로 글라임(5 mL)과 헥산(10 mL)으로 세척하였다. 고형분을 150 mL의 클로로포름에 용해시키고, 실리카에 걸쳐 여과하고, 우선 클로로포름(2 L)으로, 그 다음 클로로포름 / 메탄올(1%)로 용출시켰다. 용매를 대체로 완전히 증발시키고, 헥산(30 mL)을 첨가하여 침전을 유도하였다. 현탁액을 밤새 교반하였다. 침전물을 여과하고, 헥산으로 세척하였다. 조 고형분을 디클로로메탄 / 헥산(1 / 1)에 용해시키고, 실리카에 걸쳐 여과하였다. 부산물을 디클로로메탄 / 헥산 1 / 1(40 mL) 및 에틸아세테이트(20 mL)로 용출시켰다. 생성물을 에틸아세테이트(225 mL)로 용출시켰다. 용매를 증발시키고, 잔여물을 실온에서 글라임(35 mL)에 용해시켰다. 10 mL의 헥산을 첨가하고, 이를 1시간 동안 교반하였다. 침전물을 여과하고 헥산으로 세척하였다. 마지막으로, 화합물을, 헥산 / 에틸아세테이트(65 /35) 를 용출제로서 사용하는 실리카겔 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하였다. 용매를 대체로 완전히 증발시키고, 헥산(10 mL)의 첨가 후, 침전물을 여과하고, 헥산으로 세척하여 20% 수율(2.2g)의 표제 화합물을 백색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 839(M+H)
3-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)벤조니트릴
플라스크를 질소로 플러쉬하고, 9-브로모-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센(10 g, 1.0 eq., 14.0 mmol),(3-시아노페닐)보론산(2.1 g, 1.0 eq., 14.0 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(0.32 g, 0.02 eq., 0.28 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(5.8 g, 3.0 eq., 42.0 mmol)로 충전시켰다. 글라임(70 mL)과 물(21 mL)의 탈기된 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물을 95℃ 이하까지 가열하고, 질소 분위기 하에 반응시켰다. 2일의 환류 후, 반응을 냉각시켰다. 침전물을 여과하고, 우선 글라임(2 x 5 mL)으로, 그 다음 물(300 mL)고, 다시 글라임(5 mL)으로 헹구었다. 조 고형분을 디클로로메탄 / 헥산 1 / 1에 용해시켰다. 결과적인 용액을 실리카에 걸쳐 여과하였다. 용매를 증발시키고, 조 고형분을 디클로로메탄 / 아세토니트릴(200 mL / 60 mL)에 용해시켰다. 디클로로메탄을 부분적으로 증발시켜, 침전을 유도하였다. 침전물을 여과하고, 헥산으로 세척하고, 고온 톨루엔(30 mL)에 용해시켰다. 아세토니트릴(25 mL)을 첨가하여 침전을 유도하고, 현탁액을 밤새 교반하였다. 침전물을 여과하고, 진공 하에 80℃에서 밤새 건조하여 23% 수율(2.4 g)의 표제 화합물을 백색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 758(M+Na).
2-에틸-1-(3-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)페닐)-1H-벤조[d]이미다졸
플라스크를 질소로 플러쉬하고, 4,4,5,5-테트라메틸-2-(10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센-9-일)-1,3,2-디옥사보롤란(10.0 g, 1.2 eq., 13.1 mmol), 1-(3-브로모페닐)-2-에틸-1H-벤조[d]이미다졸(3.3 g, 1.0 eq., 10.9 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(0.25 g, 0.02 eq., 0.22 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(4.5 g, 3.0 eq., 32.9 mmol)로 충전시켰다. 톨루엔(150 mL)과 물(16 mL)의 탈기된 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물을 95℃ 이하까지 가열하고, 질소 분위기 하에 반응시켰다. 3일의 환류 후, 모든 휘발물질을 진공 내에서 제거하고, 물 및 디클로로메탄을 첨가하고, 유기상을 물로 4회 세척하였다. MgSO4에 걸쳐 건조한 후, 유기상을, 우선 헥산 / 디클로로메탄 1 / 1을 사용하여 실리카겔 패드를 통해 여과하여 부산물을 제거한 다음, 디클로로메탄을 사용하여 표적 화합물을 용출시켰다. 용매를 증발시키고, 조 고형분을 글라임(10 mL)에 재용해시키고, 이소프로판올을 첨가하였다. 글라임을 부분적으로 증발시켜, 침전을 유도하였다. 침전물을 여과하고, 에틸아세테이트에서 재결정화시켰다. 침전물을 여과하고, 고온 DMF(20 mL)에서 재결정화시켰다. 침전물을 여과하고, 헥산으로 세척하고, 진공 하에 80℃에서 밤새 건조하여 32% 수율(1.8 g)의 표제 화합물을 밝은 노랑색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 878(M+Na).
비교 화합물-1의 합성:
9-페닐-10-(3',4',5'-트리페닐-[1,1':2',1''-터페닐]-3-일)안트라센
플라스크를 질소로 플러쉬하고, 3-브로모-3',4',5'-트리페닐-1,1':2',1''-터페닐(15.0 g, 1.2 eq., 27.9 mmol),(10-페닐안트라센-9-일)보론산(6.0 g, 1.0 eq., 23.2 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(0.54 g, 0.02 eq., 0.47 mmol) 및 포타슘 카르보네이트(9.6 g, 3.0 eq., 69.8 mmol)로 충전시켰다. 톨루엔(300 mL), 에탄올(60 mL) 및 물(30 mL)의 탈기된 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물 95℃ 이하까지 가열하고, 질소 분위기 하에 반응시켰다. 2일의 환류 후, 반응 혼합물을 실온까지 냉가시켰다. 그 후에, 유기층을 디캔팅시키고, 물(3 x 150 mL)로 세척하고, Na2SO4에 걸쳐 건조하였다. 건조제를 여과하였다. 결과적인 용액을, 톨루엔(300 mL)을 용출제로서 사용하여 실리카에 걸쳐 여과하였다. 여과물을 진공 하에 대략 60 mL까지 감소시키고, 헥산(100 mL)을 적가하였다. 현탁액을 밤새 교반하였다. 침전물을 여과하고, 우선 톨루엔 / 헥산 1 / 2(10 mL)로 헹군 다음 헥산(10 mL)으로 헹구었다. 조 고형분을 디클로로메탄(100 mL)에 재용해시키고 헥산(150 mL)을 첨가하였다. 침전물을 여과하고, 디클로로메탄 / 헥산 1 / 1.5(2 x 50 mL)로 세척하였다. 고형분을 글라임(60 mL)에 용해시키고, 현탁액을 약간 냉각시키고, 헥산(50 mL)의 첨가 시 침전이 선호되었다. 그 후에, 현탁액을 실온까지 냉각시키고, 고형분을 여과하고, 헥산으로 세척하고, 진공 하에 80℃에서 밤새 건조하여 30% 수율(4.9 g)의 표제 화합물을 백색 고형분으로서 산출하였다. ESI-MS: 711(M+H).
OLED의 일반적인 제작 절차
상부 방출 OLED 장치의 경우, 본 발명의 실시예 및 비교예, 유리 기판을 50 mm x 50 mm x 0.7 mm의 크기로 절단하고, 이소프로필 알코올을 이용하여 5분 동안, 그런 다음 순수한 물로 5분 동안 초음파 세척하고, 다시 UV 오존으로 30분 동안 세척하여, 제1 전극을 제조하였다. 100 nm Ag를 10-5 내지 10-7 mbar의 압력에서 애노드로서 증착시켜, 애노드를 형성하였다.
그 후에, 92 부피% 비페닐-4-일(9,9-디페닐-9H-플루오렌-2-일)-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-아민(CAS 1242056-42-3)을 8 부피% 2,2',2''-(사이클로프로판-1,2,3-트릴리덴)트리스(2-(p-시아노테트라플루오로페닐)아세토니트릴)과 함께 ITO 전극 상에 진공 증착시켜, 10 nm의 두께를 갖는 HIL을 형성하였다. 그 후에,비페닐-4-일(9,9-디페닐-9H-플루오렌-2-일)-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-아민을 HIL 상에 진공 증착시켜, 118 nm의 두께를 갖는 HTL을 형성하였다.
그 후에, N,N-비스(4-(디벤조[b,d]푸란-4-일)페닐)-[1,1':4',1''-터페닐]-4-아민(CAS 1198399-61-9)을 HTL 상에 진공 증착시켜, 5 nm 두께를 갖는 전자 차단층(EBL)을 형성하였다.
이후, 방출층을 증착시켰다. 비교예-1, 비교예-3 및 비교예-4, 실시예 1 내지 실시예 6에 대해, EML 호스트로서 97 부피% H06(형광-청색 호스트 물질) 및 형광 청색 도판트로서 3 부피% BD200(Sun Fine Chemicals)을 EBL 상에 증착시켜 20 nm 두께의 청색-방출 EML을 형성하였다. 비교예-2에 대해, EML 호스트로서 97 부피% H09(형광-청색 호스트 물질) 및 형광 청색 도판트로서 3 부피% BD200(Sun Fine Chemicals)을 EBL 상에 증착시켜 20 nm 두께의 청색-방출 EML을 형성하였다.
그 후에, 배열 A(표 5, 비교예-1 및 비교예-2 및 실시예 1 내지 실시예 3)의 상부 방출 OLED 장치에 대해, 정공 차단층을 5 nm 두께의 방출층 상에 증착시켰다. 실시예 1 내지 3에 대해, 화학식 1의 화합물을 방출층 상에 증착시켰다. 비교예-1 및 비교예-2에 대해, 비교 화합물-1 및 비교 화합물-2를 각각 방출층 상에 증착시켰다. 그 후에, 전자 수송층은 1:1 중량% 비의 2-([1,1'-비페닐]-4-일)-4-(9,9-디페닐-9H-플루오렌-4-일)-6-페닐-1,3,5-트리아진(CAS 1801992-44-8)과 리튬 퀴놀레이트(LiQ)의 공동-증착에 의해 31 nm 두께의 정공 차단층 상에 형성된다.
배열 B(표 6, 비교예-3 및 비교예-4 및 실시예 4 내지 실시예 6)의 상부 방출 OLED 장치에 대해, 어떠한 정공 차단층도 방출층 상에 증착되지 않았다. 실시예 4 내지 6에 대해, 화학식 1의 화합물을 리튬 퀴놀레이트(LiQ)와 함께 1:1의 중량% 비로 방출층 상에 공동-증착시켜 31 nm 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 비교예-3 및 비교예-4에 대해, 비교 화합물-1 및 비교 화합물-2를 각각 리튬 퀴놀레이트(LiQ)와 함께 1:1의 중량% 비로 방출층 상에 공동-증착시켜 31 nm 두께의 전자 수송층을 형성하였다.
그 후에, 배열 A 및 B의 상부 방출 OLED 장치 둘 다에 대해, 전자 주입층은 Yb를 2 nm 두께로 증착시킴으로써 전자 수송 층 상에 형성된다.
Ag는 10-7 mbar에서 0.01 내지 1 Å/s의 속도로 증발되어, 11 nm 두께의 캐소드를 형성한다.
비페닐-4-일(9,9-디페닐-9H-플루오렌-2-일)-[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]-아민의 캡 층은 75 nm 두께의 캐소드 상에 형성된다.
사용된 화합물의 개요 (본 발명이 아니고 비교예도 아님)
장치를 유리 슬라이드로 캡슐화함으로써, OLED 적층물을 주위 조건으로부터 보호한다. 이에 의해, 공동(cavity)이 형성되며, 이러한 공동은 추가의 보호를 위해 게터(getter) 물질을 포함한다.
기존의 기술과 비교하여 본 발명의 실시예의 성능을 평가하기 위해, 주위 조건(20℃)에서 상부 방출 OLED의 광 출력(light output)을 측정한다. 전류 전압 측정을 Keithley 2400 공급원미터를 사용하여 수행하고, 상부 방출 장치, CIE 좌표 및 휘도를 칸델라로 측정하는 데 사용되는, Deutsche Akkreditierungsstelle(DAkkS)에 의해 보정된 Instrument Systems의 분광광도계 CAS140 CT에 대해 10 mA/cm2에서 V로 기록한다. 전류 효율 Ceff는 10 mA/cm2에서 cd/A로 결정된다.
상부 방출 장치에서, 방출은 전방-지향적(forward-directed)이며 비-랑베르(Lambertian)이고 마이크로-캐비티(micro-cavity)에 고도로 의존한다. 따라서, 외부 양자 효율(EQE) 및 전력 효율, lm/W는 하부 방출 장치와 비교하여 더 높을 것이다.
본 발명의 기술적 효과
물질 특성
화학식 1의 화합물 (표 3)의 Tg는 비교 화합물-1 (표 2)에 비해 증가된다. 그 값은 유기 전자 장치에서 사용하기에 적합한 범위 내에 있다. 유기 전자에 사용되는 물질의 더 높은 Tg 값은 일반적으로, 장치 내구성 및 강건성에 바람직하다.
표 4는 화학식 1의 화합물의 LUMO 에너지 수준 및 쌍극자 모멘트가 유기 전자 장치에서 정공 차단 물질 또는 전자 수송 물질로서 사용하기에 적합한 범위 내에 있음을 보여준다.
상부 방출 장치
놀랍게도, 상부 방출 OLED 장치의 동작 전압은 첨가제 LiQ와 혼합된 화학식 1의 화합물을 전자 수송층으로서 사용한 경우 감소된다. 또한, 상부 방출 OLED 장치의 동작 전압은 화학식 1의 화합물을 정공 차단층으로서 사용한 경우 감소된다.
놀랍게도, cd/A 전류 효율은 화학식 1의 화합물을 정공 차단층으로서 사용한 경우 증가되었다.
표 5는 화학식 1의 화합물을 포함하는 정공 차단층을 포함하는 상부 방출 OLED 장치의 동작 전압 및 cd/A 효율을 보여준다. 표 6은 화학식 1의 화합물과 LiQ의 1:1 중량% 혼합물을 포함하는 전자 수송층을 포함하는 상부 방출 OLED 장치의 동작 전압을 보여준다.
요약하자면, 상부 방출 OLED 장치의 개선된 성능은 화학식 1의 화합물을 사용함으로써 달성될 수 있다.
실험 데이터 (개요)
표 5 및 6으로부터, 본 발명의 화합물은 개선된 동작 전압뿐만 아니라 효율을 가진 광전자 장치를 구축할 수 있게 함을 명확하게 알 수 있다.
상기 상세한 구현예에서 요소 및 특질의 특정 조합은 단지 예시일 뿐이며; 이들 교시의 다른 교시 및 참조로 포함된 특허/출원과의 교환 및 대체도 명백히 고려된다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 본원에 설명된 것의 변화, 변형 및 다른 구현이 청구된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에게 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 설명은 단지 예에 의한 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 청구 범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소나 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사("a"또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 특정 측정이 상호 의존적인 청구항에 언급되어 있다는 단순한 사실은 측정된 이러한 측정의 조합이 이점으로 사용될 수 없음을 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 하기의 청구범위 및 그에 대한 등가물에서 정의된다. 또한, 설명 및 청구범위에 사용된 참조 부호는 청구된 발명의 범위를 제한하지 않는다.
수단 및 방법:
쌍극자 모멘트
N 원자를 함유하는 원자의 쌍극자 모멘트 
는 하기에 의해 주어지며:
여기서, 
및 
는 분자 내의 원자 i의 부분 전하 및 위치이다.
쌍극자 모멘트는 반-경험적 분자 오비탈 방법에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 분자의 쌍극자 모멘트는 특히, 상응하는 분자 구조의 기하학적 특성이 프로그램 패키지 TURBOMOLE V6.5에서 실시된 바와 같이 6-31G* 기초를 갖는 하이브리드 함수 B3LYP를 사용하여 최적화된 경우 쌍극자 모멘트가 계산됨을 의미하며 및/또는 포함한다. 1개 초과의 배좌가 실행 가능한 경우, 분자의 결합 강도를 결정하기 위해 가장 낮은 총 에너지를 갖는 배좌가 선택된다. 그 후에, 쌍극자 모멘트는 기체상에 대해 상기 B3LYP_가우시안/ 6-31G* 프로그램을 이용하여 계산될 수 있다.
용융점
용융점(mp)은 상기 TGA-DSC 측정의 DSC 곡선으로부터 또는 별개의 DSC 측정(Mettler Toledo DSC822e, 시료를 순소한 질소의 스트림 하에 가열 속도 10 K/min로 실온으로부터 완전히 용융될 때까지 가열한다. 4 내지 6 mg 양의 시료를 뚜껑이 달린 40 μL Mettler Toledo 알루미늄 팬에 넣고, 1 mm 미만의 정공을 상기 뚜껑에 뚫음)으로부터 피크 온도로서 결정된다.
유리 전이 온도
유리 전이 온도는 2010년 3월에 공개된 DIN EN ISO 11357에 기재된 바와 같이 Mettler Toledo DSC 822e 시차 주사 열량계에서 질소 하에, 10 K/min의 가열 속도를 사용하여 측정된다.
환원 전위
환원 전위는 실온에서 정전위(potentioststic) 장치 Metrohm PGSTAT30 및 소프트웨어 Metrohm Autolab GPES를 이용하여 사이클릭 볼타메트리에 의해 확인될 수 있다. 특정 화합물에서 주어지는 산화환원 전위는, 은 클로라이드에 의해 피복되고 측정 용액에 직접 침지된 은 와이어로 구성된 Ag/AgCl 슈도-표준 전극(Metrohm 은 막대 전극)과 백금 작업 전극들 사이에서 지지 전해질로서 0.1 M 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트와 함께, 아르곤 분위기 하에, 시험 성분의 아르곤 탈기된, 건조 0.1 M THF 용액에서, 100 mV/s의 스캔 속도로 측정하였다. 제1 진행을 작업 전극 상에 설정된 가장 넓은 전위 범위에서 수행하며, 그런 다음 상기 범위를 후속적인 진행 내에서 적절하게 조정하였다. 최종 3회의 진행을 페로센(0.1 M 농도)을 표준으로서 첨가하여 수행하였다. 표준 Fc+/Fc 산화환원 커플에 대해 관찰된 캐소드 전위 및 애노드 전위들의 평균을 뺀 후, 연구 화합물의 캐소드 피크 및 애노드 피크에 상응하는 전위들의 평균은 마지막으로 상기 보고된 값을 제공하였다. 모든 연구된 화합물, 뿐만 아니라 보고된 비교 화합물은 양호하게-정의된 가역적인 전기화학적 거동을 보여주었다.
Claims (15)
- 하기 구조를 갖는 전계발광 장치용 화합물로서,
상기 구조에서,
R1 내지 R5는 독립적으로, 치환된 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환된 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이며, 이에 의해 R1, R2, R3, R4, R5 및 L(또는 n=0인 경우 A) 중 적어도 2개는 벤젠 고리 B에서 서로에 대해 오르토-위치에 존재하며,
a 내지 e는 서로 독립적으로, 0 또는 1이고, 1 ≤ a+b+c+d+e ≤ 5이며;
A는 적어도 2개의 융합된 아릴 고리를 갖는 C10 내지 C20 아릴렌기이며;
L 및 L'는 서로 독립적으로, C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 C6 내지 C20 아릴기로부터 선택되며,
n 및 m은 서로 독립적으로 0, 1 또는 2이며, 이에 의해 n 또는 m이 2인 경우 L 및/또는 L' 둘 다는 각각 서로 상이할 수 있고;
R은 극성의 비하전된 유기 모이어티이며, 이에 의해 A가 안트라세닐인 경우, R은 치환된 또는 비치환된 디벤조푸라닐이 아닌, 화합물. - 제1항에 있어서,
상기 화합물은 0.6 디바이(Debye) 이상의 쌍극자 모멘트를 갖는, 화합물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
R은, 화합물 R-페닐의 쌍극자 모멘트가 0.6 디바이 이상이 되도록 선택되는, 화합물. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
A는 하기를 포함하는 군으로부터 선택되며:
여기서, L 및 L'는 "*"에 의해 표시된 임의의 위치에 연결되는, 화합물. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
L 및/또는 L'는 하기를 포함하는 군으로부터 선택되는, 화합물:
.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
1 ≤ a+b+c+d+e ≤ 4인, 화합물. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
2 ≤ a+b+c+d+e ≤ 3인, 화합물. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
R은 치환된 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 및 CN으로부터 선택되는, 화합물. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
R은 하기로부터 선택되며:
여기서, R'는 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴이고; R'' 및 R'''는 독립적으로, 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴로부터 선택되는, 화합물. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
n은 1 또는 2인, 화합물. - 전자 장치로서,
제1 전극, 제2 전극, 및 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배열되는 층을 포함하는, 전자 장치. - 제11항에 있어서,
상기 전자 장치는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 정공 차단층을 포함하는, 전자 장치. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 전자 장치는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 전자 수송층을 포함하는, 전자 장치. - 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 장치는 전계발광 장치, 바람직하게는 유기 발광 다이오드인, 전자 장치. - 디스플레이 장치로서,
상기 디스플레이 장치는 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전자 장치를 포함하고, 바람직하게는, 상기 디스플레이 장치는 제14항에 따른 유기 발광 다이오드를 포함하는, 디스플레이 장치.
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