KR20210010711A - 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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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 복수 개의 기능층들 중 적어도 하나의 기능층에 포함하는 유기 전계 발광 소자, 및 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00235
.

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 발광시키는 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.
유기 전계 발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 유기 전계 발광 소자의 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명은 고효율의 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 다환 화합물을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 복수 개의 기능층들을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극은 상기 제1 전극 상에 배치될 수 있다. 상기 복수 개의 기능층들은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치될 수 있다. 상기 복수 개의 기능층들 중 적어도 하나의 기능층은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X1 내지 X4는 각각 독립적으로 직접 결합, O, 또는 S일 수 있다. Y1은 O, S, 또는 SiR1R2일 수 있다. L은 직접 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. R3 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. a 내지 d는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다. e 및 f는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. g 및 j는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. k는 0 이상 7 이하의 정수일 수 있다. Y1이 O, 또는 S이며 X4가 직접 결합인 경우, X1 내지 X3 중 적어도 하나가 O, 또는 S일 수 있다. 또는, Y1이 O, 또는 S이며 X4가 직접 결합인 경우, a 내지 c 중 적어도 하나가 0일 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00002
상기 화학식 2-1에서, X11, 및 Y-11은 각각 독립적으로 O, 또는 S일 수 있다. X4-, L, R3 내지 R9, 및 a, 및 d 내지 k는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
상기 화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3 중 적어도 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1-1]
Figure pat00003
[화학식 2-1-2]
Figure pat00004
[화학식 2-1-3]
Figure pat00005
상기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서, X4, Y11, L, R3 내지 R9, 및 d 내지 k는 상기 화학식 2-1에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-2]
Figure pat00006
상기 화학식 2-2에서, X21, X31, 및 Y11은 각각 독립적으로 O, 또는 S일 수 있다. X4-, L, R3 내지 R9, 및 b 내지 k는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00007
상기 화학식 3에서, X41, 및 X42는 O일 수 있다. R91 내지 R94는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. d1, 및 d2는 각각 독립적으로 0, 또는 1일 수 있다. k1은 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. K2, 및 K3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. K4는 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. X-1 내지 X3, L, R3 내지 R8, a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
d1 및 d2 중 적어도 하나는 1일 수 있다.
상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00008
상기 화학식 3-1에서, X1 내지 X3, X42, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, d2, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
상기 화학식 3-1은 하기 화학식 3-1-1 내지 화학식 3-1-3 중 적어도 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1-1]
Figure pat00009
[화학식 3-1-2]
Figure pat00010
[화학식 3-1-3]
Figure pat00011
상기 화학식 3-1-1 내지 3-1-3에서, X1 내지 X3, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3-1에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
상기 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051
.
일 실시예에서, 상기 복수 개의 기능층들은 정공 수송 영역, 발광층, 및 전자 수송 영역을 포함할 수 있다. 상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극 상에 배치될 수 있다. 상기 발광층은 상기 정공 수송 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 전자 수송 영역은 상기 발광층 상에 배치될 수 있다. 상기 발광층이 상기 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 발광층은 호스트, 및 인광 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 발광층은 청색 광을 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전술한 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 다환 화합물은 고효율을 달성할 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.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범
위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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 출원에서, "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.
본 출원에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "상부에" 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 "하에" 또는 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 옥시기, 티오기, 설피닐기, 설포닐기, 카보닐기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 탄화수소 고리기, 아릴기 및 헤테로고리기로 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, 비페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentane)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 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 50 이하, 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, i-부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알킬렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기에 대한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 탄화수소 고리기는 고리 형성 탄소수 5 이상 20 이하의 포화 탄화수소 고리기일 수 있다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기, 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로아릴기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로아릴기의 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, 이소옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 헤테로아릴렌기는 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
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, 옥시기는 알콕시기 및 아릴 옥시기를 포함할 수 있다. 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1 이상 20 이하 또는 1 이상 10 이하인 것일 수 있다. 옥시기의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 벤질옥시, 시클로프로폭시, 시클로부톡시 등이 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 아릴옥시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 6 이상 30 이하인 것일 수 있다. 아릴옥시기의 예로는 페녹시기 등이 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 아릴옥시기, 아릴티오기, 아릴설폭시기, 아릴아미노기, 아릴 붕소기, 아릴 실릴기, 아릴 아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다
본 명세서에서, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1), 제1 전극 상에 배치된 제2 전극(EL2), 및 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수 개의 기능층들을 포함할 수 있다. 복수 개의 기능층들은 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1과 비교하여, 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 3은 도 1과 비교하여 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)에서, 복수 개의 기능층들 중 적어도 하나의 기능층은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00052
상기 화학식 1에서, X1 내지 X4는 각각 독립적으로 직접 결합, O, 또는 S일 수 있다. Y1은 O, S, 또는 SiR1R2일 수 있다.
L은 직접 결합, 알킬렌기, 아릴렌기, 또는 헤테로아릴렌기일 수 있다. 알킬렌기는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬렌기일 수 있다. 아릴렌기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기일 수 있다. 헤테로아릴렌기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. 예를 들어, L은 치환 또는 비치환된 페닐렌기일 수 있다. R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 보다 구체적으로, R1 및 R2는 각각 독립적으로 비치환된 페닐기일 수 있다.
R3 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 아민기, 실릴기, 옥시기, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 아민기는 치환 또는 비치환된 아민기일 수 있다. 실릴기는 치환 또는 비치환된 실릴기일 수 있다. 옥시기는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 옥시기일 수 있다. 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있다. 아릴기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기일 수 있다. 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
치환 또는 비치환된 실릴기는 예를 들어 트리페닐실릴기일 수 있다. 치환 또는 비치환된 옥시기는 예를 들어, 치환 또는 비치환된 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴옥시기일 수 있다. 치환 또는 비치환된 알콕시기는 예를 들어, 직쇄형 알콕시기, 또는 고리형 알콕시기일 수 있다. 고리형 알콕시기는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 3 이상 20 이하의 고리형 알코기시기일 수 있다. 치환 또는 비치환된 알킬기는 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, t-부틸기, i-부틸기, 할로겐화 메틸기일 수 있다. 할로겐화 메틸기는 트리플루오로 메틸기일 수 있다. 아릴기는 예를 들어, 비치환된 페닐기일 수 있다. 예를 들어, R1 및 R9는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
a 내지 d는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다. e 및 f는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. g 및 j는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. k는 0 이상 7 이하의 정수일 수 있다.
e가 0인 것은, R3이 수소 원자인 것과 동일한 의미일 수 있다. e가 1 이상인 경우, R3 내지 R9는 수소 원자가 아닐 수 있다. e가 2 이상인 경우, R3은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. f 내지 k에 대해서도 e에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
예를 들어, e, 및 f는 모두 0일 수 있다. a 내지 d는 모두 1일 수 있고, a 내지 c는 1이고 d는 0일 수 있다. a와 b는 1이고, c와 d는 0일 수 있다. a는 0이고 b 내지 d는 1일 수 있다.
Y1이 O, 또는 S이며 X4가 직접 결합인 경우, X1 내지 X3 중 적어도 하나가 O, 또는 S일 수 있다. 또는, Y1이 O, 또는 S이며 X4가 직접 결합인 경우, a 내지 c 중 적어도 하나가 0일 수 있다.
화학식 1은 하기 화학식 2-1로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00053
화학식 2-1에서, X11, 및 Y-11은 각각 독립적으로 O, 또는 S일 수 있다. X4-, L, R3 내지 R9, 및 a, 및 d 내지 k는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-1에서 X4는 직접 결합이고, d는 1일 수 있다.
화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3 중 적어도 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1-1]
Figure pat00054
[화학식 2-1-2]
Figure pat00055
[화학식 2-1-3]
Figure pat00056
화학식 2-1-1은 화학식 2-1에서 X11이 O이고, a가 1인 것을 구체화한 화학식이다. 화학식 2-1-2는 화학식 2-1에서 X11이 S이고, a가 1인 것을 구체화한 화학식이다. 화학식 2-1-3은 화학식 2-1에서 a가 0인 것을 구체화한 화학식이다. 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서, X4, Y11, L, R3 내지 R9, 및 d 내지 k는 화학식 2-1에서 정의한 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서 X4는 직접 결합이고, d는 1일 수 있다.
화학식 1은 하기 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-2]
Figure pat00057
상기 화학식 2-2에서, X21, X31, 및 Y11은 각각 독립적으로 O, 또는 S일 수 있다. X4-, L, R3 내지 R9, 및 b 내지 k는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-2에서 X4는 직접 결합이고, d는 1일 수 있다.
화학식 2-2는 하기 화학식 2-2-1 내지 화학식 2-2-3으로 표시될 수 있다.
[화학식 2-2-1]
Figure pat00058
[화학식 2-2-2]
Figure pat00059
[화학식 2-2-3]
Figure pat00060
화학식 2-2-1은 화학식 2-2에서 X21과 X22가 O이고, b와 c가 1인 것을 구체화한 화학식이다. 화학식 2-2-2는 화학식 2-2에서 X21과 X22가 S이고, b와 c가 1인 것을 구체화한 화학식이다. 화학식 2-2-3은 화학식 2-2에서 b와 c가 0인 것을 구체화한 화학식이다. 화학식 2-2-1 내지 화학식 2-2-3에서, X4, Y11, L, R3 내지 R9, 및 d 내지 k는 상기 화학식 2-1에서 정의한 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 화학식 2-2-1 내지 화학식 2-2-3에서 X4는 직접 결합이고, d는 1일 수 있다.
화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00061
상기 화학식 3에서, X41, 및 X42는 O일 수 있다. R91 내지 R94는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 아민기, 실릴기, 옥시기, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기일 수 있다. R91 내지 R94가 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 아민기, 실릴기, 옥시기, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기인 경우, 화학식 1의 R9의 정의에서 설명한 것과 동일한 설명이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
d1, 및 d2는 각각 독립적으로 0, 또는 1일 수 있다. k1은 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다. K2, 및 K3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. K4는 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다. 예를 들어, d1 및 d2가 모두 0일 수 있고, d-1 내지 d2 중 적어도 하나가 1일 수 있다.
k1 내지 k4는 모두 0일 수 있다.
X-1 내지 X3, L, R3 내지 R8, a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
화학식 3은 하기 화학식 3-1로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00062
화학식 3-1은 화학식 3에서 d1, 및 d2가 0인것, 및 링커 L의 치환 위치를 구체화한 화학식이다.
상기 화학식 3-1에서, X1 내지 X3, X42, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, d2, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
화학식 3-1은 하기 화학식 3-1-1 내지 화학식 3-1-3 중 적어도 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1-1]
Figure pat00063
[화학식 3-1-2]
Figure pat00064
[화학식 3-1-3]
Figure pat00065
화학식 3-1-1 내지 3-1-3에서, X1 내지 X3, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3-1에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
화학식 3은 하기 화학식 3-2 및 하기 화학식 3-3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3-2]
Figure pat00066
[화학식 3-3]
Figure pat00067
화학식 3-2, 및 화학식 3-3에서, X1 내지 X3, X42, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, d2, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3에서 정의한 것과 동일할 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00068
Figure pat00069
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Figure pat00103
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Figure pat00105
Figure pat00106
Figure pat00107
.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode)일 수 있다. 또한, 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 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 배치된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 정공 버퍼층(미도시), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 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 물질 및 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(미도시), 정공 주입층(HIL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층(EBL)의 구조를 가질 수 있으나, 실시예가 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(tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine) 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 더 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 주입층(HIL)의 두께는, 예를 들어, 약 30Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 예를 들어, 전자 저지층(EBL)의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL) 및 전자 저지층(EBL)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-7,7,8,8-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(미도시) 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층(미도시)은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층(미도시)에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층(EBL)은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다.
발광층(EML)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 배치된다. 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.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디하이드로벤즈안트라센 유도체, 또는 트리페닐렌 유도체를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)은 안트라센 유도체 또는 피렌 유도체를 포함하는 것일 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물을 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 본 발명의 일 실시예의 다환 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 외에 공지의 물질을 더 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있고, 호스트가 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 다환 화합물이 호스트로써 발광층(EML)에 포함될 수 있다. 화학식 1로 표시되는 다환 화합물이 인광 호스트로써 발광층(EML)에 포함될 수 있다. 또는, 화학식 1로 표시되는 다환 화합물이 열 활성 지연 형광용 호스트로써 발광층(EML)에 포함될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 하니며, 일 실시예의 다환 화합물은 발광층(EML) 도펀트 재료로 포함될 수 있다.
발광층(EML)은 본 발명의 일 실시예의 다환 화합물을 포함함으로써 420nm 이상 485nm 이하의 파장 영역을 갖는 청색 광을 발광할 수 있다.
발광층(EML)은 호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 호스트 물질로 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(tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine) 및 TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-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(tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine), TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-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.
일 실시예에서 발광층(EML)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) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예의 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료로, 인광 재료를 포함할 수 있다. 인광 재료는 특별히 한정되는 것은 아니나, 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex), 및 쿠머린(coumarin) 및 그 유도체 등을 포함할 수 있다. 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)는 Ir, Pt, Os, Au, Cu, Re 및 Ru로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 인광 도펀트 물질로 Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)-tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(III) (FIr6), Bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-C2,N](picolinato)iridium(III) (FIrpic), iridium (III) tris[3-(2,6- dimethylphenyl)-7-methylimidazo[1,2-f] phenanthridine] (Ir(dmp)3), iridium (III) tris[1-(2,4-diisopropyldibenzo[b,d]furan-3-yl)-2-phenylimidazole] (Ir(dbi)3), iridium (III) tris[2-(4- fluorophenyl)-1-(5
Figure pat00108
′':3′',1″?-terphenyl]-2′'-yl)-1H-imidazole (Ir(itpim)3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예의 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료로, 열 활성 지연 형광(TADF, Thermally Activated Delayed Fluorescence) 발광하는 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예의 발광층(EML)은 열 활성 지연 형광 재료로 공지의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 활성 지연 형광 도펀트로 도너-억셉터 타입(D-A type)의 열 활성 지연 형광 화합물, 및 함붕소(boron including) 열 활성 지연 형광 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 함붕소 열 활성 지연 형광 화합물은 다환 화합물일 수 있으며, 질소를 포함하는 것일 수 있다. 함붕소 열 활성 지연 형광 화합물은 다중 공진 효과에 의해 HOMO-LUMO가 분리되어 TADF 기능을 하는 화합물일 수 있다.
상술한 일 실시예의 다환 화합물은 발광층(EML) 이외의 기능층에 포함될 수도 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 배치된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예가 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 영역(ETR)은 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-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene), 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 배치된다. 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.
제2 전극(EL2)의 두께는 약 50Å 내지 약 10000Å일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(EL2)의 두께는 약 100Å 내지 약 5000Å, 또는 약 1000Å 내지 약 3000Å일 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.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(미도시)은 예를 들어, α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-tetra (biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine), TCTA(tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine), 또는 N, N'-bis (naphthalen-1-yl) 등을 포함하는 것일 수 있다.
상술한 일 실시예의 아민 화합물은 정공 수송 영역(HTR) 이외의 기능층에서 유기 전계 발광 소자(10)용 재료로 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 아민 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층 또는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(미도시)에 포함할 수도 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.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 아민 화합물 및 일 실시예의 아민 화합물을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 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.
1-1. 화합물 1의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 16은, 예를 들어 하기의 반응식 1에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00109
(중간체 A의 합성)
3,7-dibromo-10H-phenoxazine과 9H-carbazole을 Pd촉매 조건하에서 커플링 반응 시켜 중간체 A를 얻었다.
(화합물 1의 합성)
중간체 A 1.3g, 2-(3-bromophenyl)dibenzo[b,d]furan 0.82 g, Pd2(dba)3 0.1g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.61g을 DMF 13 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후, 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.64 g (수율: 86 %)의 화합물 1을 얻었다.
1-2. 화합물 11의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 11은, 예를 들어 하기의 반응식 2에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00110
(중간체 B의 합성)
3,6-dibromo-9H-carbazole과 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole을 Pd촉매 조건하에서 커플링 반응시켜 중간체 B를 얻었다.
(화합물 11의 합성)
중간체 B 1.7g, (3-bromophenyl)triphenylsilane 0.98g, Pd2(dba)3 0.08g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.56g을 DMF 12 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 2.26g (수율: 91 %)의 화합물 11을 얻었다.
1-3. 화합물 40의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 40은, 예를 들어 하기의 반응식 3에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 3]
Figure pat00111
(화합물 40의 합성)
중간체 A 1.4g, 2-bromodibenzo[b,d]thiophene 0.71g, Pd2(dba)3 0.1g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.65g을 DMF 14 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.67g (수율: 88 %)의 화합물 40을 얻었다.
1-4. 화합물 51의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 51은, 예를 들어 하기의 반응식 4에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 4]
Figure pat00112
(중간체 C의 합성)
3,7-dibromo-10H-phenothiazine과 3,6-diphenyl-9H-carbazole을 Pd촉매 조건하에서 커플링 반응시켜 중간체 C를 얻었다.
(화합물 51의 합성)
중간체 C 2.0g, 2-bromodibenzo[b,d]thiophene 0.63g, Pd2(dba)3 0.087g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.57g을 DMF 12 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 2.04g (수율: 84 %)의 화합물51을 얻었다.
1-5. 화합물 61의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 61은, 예를 들어 하기의 반응식 5에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 5]
Figure pat00113
(중간체 D의 합성)
3,7-dibromo-10H-phenoxazine과 3,6-dimethyl-9H-carbazole을 Pd촉매 조건하에서 커플링 반응시켜 중간체 E를 얻었다.
(화합물 61의 합성)
중간체 D 1.5g, 2-bromodibenzo[b,d]furan 0.63g, Pd2(dba)3 0.09g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.58g을 DMF 13 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.66g (수율: 86 %)의 화합물 61을 얻었다.
1-6. 화합물 71의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 71은, 예를 들어 하기의 반응식 6에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 6]
Figure pat00114
(중간체 E의 합성)
3,7-dibromo-10H-phenothiazine과 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole을 Pd촉매 조건하에서 커플링 반응시켜 중간체 E를 얻었다.
(화합물 71의 합성)
중간체 E 1.8g, (3-bromophenyl)triphenylsilane 0.99g, Pd2(dba)3 0.87g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.57g을 DMF 12 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 2.26g (수율: 87 %)의 화합물 71을 얻었다.
1-7. 화합물 86의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 91은, 예를 들어 하기의 반응식 7에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 7]
Figure pat00115
(중간체 F의 합성)
bis(4-bromophenyl)amine과 3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole을 Pd촉매 조건하에서 커플링 반응시켜 중간체 G를 얻었다.
(화합물 86의 합성)
중간체 F 1.8g, 2-bromodibenzo[b,d]furan 0.61g, Pd2(dba)3 0.09g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.59g을 DMF 12 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.70 g (수율: 77 %)의 화합물 86을 얻었다.
1-8. 화합물 101의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 101은, 예를 들어 하기의 반응식 8에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 8]
Figure pat00116
(화합물 101의 합성)
중간체 F 1.7g, (3-bromophenyl)triphenylsilane 0.98g, Pd2(dba)3 0.09g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.56g을 DMF 12 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 2.03 g (수율: 82 %)의 화합물 101을 얻었다.
1-9. 화합물 116의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 116은, 예를 들어 하기의 반응식 9에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 9]
Figure pat00117
(화합물 116의 합성)
중간체 F 1.3g, 2-bromodibenzo[b,d]thiophene 0.82g, Pd2(dba)3 0.1g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.61g을 DMF 13 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.64 g (수율: 86 %)의 화합물 116을 얻었다.
1-10. 화합물 131의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 131은, 예를 들어 하기의 반응식 10에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 10]
Figure pat00118
(화합물 131의 합성)
중간체 F 1.5g, 2-bromo-10,10-diphenyl-10H-dibenzo[b,e][1,4]oxasiline 0.89g, Pd2(dba)3 0.7g, (tBu)3P 0.03g, 및 tBuONa 0.5g을 DMF 10 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.89 g (수율: 85 %)의 화합물 131을 얻었다.
1-11. 화합물 138의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 143은, 예를 들어 하기의 반응식 11에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 11]
Figure pat00119
(중간체 G의 합성)
3,6-dibromo-9H-carbazole과 10H-phenoxazine을 Pd촉매 조건하에서 커플링 반응시켜 중간체 G를 얻었다.
(화합물 143의 합성)
중간체 G 1.4g, 2-bromodibenzo[b,d]furan 0.65g, Pd2(dba)3 0.1g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.63g을 DMF 13 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.45g (수율: 79 %)의 화합물 138을 얻었다.
1-12. 화합물 159의 합성
본 발명의 일 실시예의 다환 화합물 159는, 예를 들어 하기의 반응식 12에 의해 합성할 수 있다.
[반응식 12]
Figure pat00120
(화합물 159의 합성)
중간체A 1.3g, (3-bromophenyl)triphenylsilane 1.05g, Pd2(dba)3 0.09g, (tBu)3P 0.04g, 및 tBuONa 0.61g을 DMF 13 mL에 녹이고 24시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 반응 용액을 ethyl acetate로 추출하였다. 추출한 유기층을 MgSO4로 건조하고 용매를 증발시켜 잔류물을 얻었다. 얻은 잔류물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 분리하고 정제하여 1.73g (수율: 81 %)의 화합물 159를 얻었다.
1-13. 합성된 화합물의 구조 확인
합성된 화합물 1, 11, 39. 51, 61, 71, 86, 101, 116, 131, 138, 및 159의 1H NMR 측정 값 및 MS/FAB로 측정한 분자량을 하기 표 1에 나타내었다. 1H NMR은 화학적 이동(chemical shift)값, 해당 화학적 이동 값을 갖는 수소의 개수, 및 피크의 갈라짐(splitting) 정도를 나타내었다. s는 singlet 피크를, d는 doublet 피크를, t는 triplet 피크를, m은 multiplet 피크를 의미한다.
화합물 1H NMR (CDCl3 , 400 MHz) MS/FAB
found calc
화합물 1 8.23(1H, s), 8.11(4H, d), 7.91(1H, d), 7.70(1H, d), 7.61(2H, d), 7.53(1H, t), 7.35-7.27(13H, m), 7.23(1H, d), 7.12(1H, t), 7.08(2H, d), 6.96(1H, s), 6.90(2H, d), 6.33(2H, s), 6.16(1H, d) 756.92 755.88
화합물 11 8.14(2H, s), 8.07(3H, s), 7.66(6H, d), 7.49-7.24(25H, m), 1.39(36H, t) 1056.27 1056.53
화합물 39 8.13-8.04(5H, d), 7.82(1H, d), 7.73-7.72(2H, m), 7.60(1H, t), 7.44(1H, t), 7.37-7.26(12H, m), 7.09-7.06(2H, d), 6.96-6.94(2H, d), 6.33(2H, s) 696.88 695.84
화합물 51 8.23(4H, s), 8.06-8.04(1H, d), 7.83-7.81(1H, d), 7.73-7.67(10H, m), 7.62-7.57(5H, d), 7.52-7.47(8H, t), 7.44-7.38(5H, t), 7.25(1H, d), 7.22(1H, d), 7.15-7.13(4H, d), 7.01-6.99(2H, d), 6.93-6.90(1H, d), 6.28(2H, s) 1017.34 1016.29
화합물 61 7.84-7.81(1H, d), 7.75-7.71(5H, m), 7.63-7.60(1H, d), 7.57(1H, s), 7.55-7.51(1H, t), 7.44-7.40(1H, t), 7.25-7.22(6H, d), 7.19-7.16(4H, d), 7.01-6.99(2H, d), 6.96-6.93(1H, d), 6.28(2H, s), 2.56( 12H, t) 752.99 751.95
화합물 71 8.07(4H, s), 7.64-7.61(6H, m), 7.34-7.18(22H, m), 6.93-6.90(2H, d), 6.48-6.41(1H, m), 6.28(2H, s), 1.39(36H, t) 1089.54 1088.59
화합물 86 8.01(4H, s), 7.81-7.84(1H, d), 7.74-7.71(1H, d), 7.59-7.51(3H, m), 7.44-7.40(1H, t), 7.33-7.26(8H, m), 7.17-7.13(4H, d), 6.96-6.93(1H, d), 6.84-6.80(4H, d), 1.39(36H, t) 891.07 890.23
화합물 101 8.01(4H, s), 7.64-7.61(6H, m), 7.33-7.22(18H, m), 7.17-7.13(4H, d), 7.02-6.98(2H, t), 6.79-6.75(4H, d), 6.35(1H, t), 1.38(36H, t) 1059.51 1058.54
화합물 116 8.06-8.04(1H, d), 8.01(4H, s), 7.83-7.81(1H, d), 7.73-7.70(1H, d), 7.67(1H, s), 7.62-7.58(1H, t), 7.46-7.42(1H, t), 7.33-7.26(8H, d), 7.17-7.13(4H, d), 6.93-6.90(1H, d), 6.84-6.80(4H, d), 1.39(36H, t) 907.34 906.29
화합물 131 8.07-8.05(4H, m), 7.95(1H, s), 7.73-7.71(4H, d), 7.34-7.19(19H, m), 7.13-7.11(1H, d), 7.08(1H, t), 7.04(1H, t), 6.99-6.96(1H, d), 1.39(36H, t) 1071.67 1070.51
화합물 138 7.91-7.88(1H, d), 7.78(1H, s), 7.77-7.75(1H, d), 7.68-7.65(1H, d), 7.55-7.51(1H, t), 7.40-7.34(6H, m), 6.92-6.90(4H, d), 6.85-6.81(4H, t), 6.66(2H, d), 6.54-6.52(4H, d) 696.82 695.78
화합물 159 8.12-8.10(4H, d), 7.64-7.61(6H, m), 7.37-7.21(23H, m), 7.09-7.06(2H, d), 6.90-6.83(3H, m), 6.59-6.56(1H, d), 6.33(2H, s) 849.12 848.09
2. 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 및 평가
2-1. 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 실시예
실시예 화합물 1, 11, 39. 51, 61, 71, 86, 101, 116, 131, 138, 159 및 비교예 화합물 C1 내지 C4를 발광층 재료로 이용하여 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
(실시예 화합물)
Figure pat00121
Figure pat00122
Figure pat00123
Figure pat00124
Figure pat00125
Figure pat00126
Figure pat00127
Figure pat00128
Figure pat00129
Figure pat00130
Figure pat00131
Figure pat00132
(비교예 화합물)
Figure pat00133
(유기 전계 발광 소자의 제작)
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4의 유기 전계 발광 소자는 ITO를 이소프로필 알코올과 순수(distilled water)를 이용하여 5분간 초음파 세정한 후, 30분간 자외선을 조사하고 오존에 노출시켜 세정 후 1200Å 두께의 제1 전극을 형성하였다. NPD로 300Å 두께의 정공 주입층(HIL)을 형성하고, mCP로 200Å 두께의 정공 수송층(HTL)을 형성하였다. 실시예 및 비교예 화합물에 FIrpic를 8% 도핑한 250Å 두께의 발광층(EML)을 형성하였다. TAZ로 200Å 두께의 전자 수송층(ETL)을 형성하고, LiF로 10Å 두께의 전자 주입층(EIL)을 형성 하였다. Al로 100Å 두께의 제2 전극(EL2)을 형성하였다. 각 층은 모두 진공 증착법으로 형성하였다.
(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 특성 평가에는, Keithley Instrument사의 제품인 2400 series 소스 미터를 이용하였다. 실시예 및 비교예에 따른 유기 전계 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 구동 전압, 전류 밀도, 및 최대 양자 효율을 측정하였다. 구동 전압, 및 최대 양자 효율은 10 mA/㎠의 전류 밀도에 대한 값이다. 실시예 및 비교예에서 사용된 발광 소자는 청색광을 발광하는 유기 전계 발광 소자이다. 최대 양자 효율 평가에 있어서 파장 감도를 교정한 휘도계를 이용하여 휘도/전류밀도를 측정하고, 완전 확산 반사면을 상정한 각도휘도분포(Lambertian 분포)를 가정하여 최대 양자 효율을 환산하였다. 유기 전계 발광 소자의 특성 평가 결과는 하기의 표 2에 나타내었다.
소자작성예 발광층 재료 구동 전압
(V)		 전류 효율
(Cd/A)		 최대 양자 효율
(%)
실시예 1 화합물 1 5.4 13.9 23.5
실시예 2 화합물 11 5.0 15.3 25.1
실시예 3 화합물 39 5.4 13.5 22.9
실시예 4 화합물 51 5.3 14.3 23.7
실시예 5 화합물 61 5.5 14.4 24.1
실시예 6 화합물 71 5.2 15.1 24.9
실시예 7 화합물 86 5.1 15.4 25.5
실시예 8 화합물 101 5.2 15.4 25.3
실시예 9 화합물 116 5.3 15.1 25.3
실시예 10 화합물 131 5.2 14.7 24.8
실시예 11 화합물 138 5.1 14.4 24.1
실시예 12 화합물 159 5.4 14.3 24.5
비교예 1 C1 5.7 12.8 22.4
비교예 2 C2 5.6 12.9 22.6
비교예 3 C3 5.8 12.8 22.3
비교예 4 C4 5.9 12.5 22.1
상기 표 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다환 화합물을 발광층 재료로 유기 전계 발광 소자에 적용한 경우, 고효율 및 장수명을 달성할 수 있음을 알 수 있다.
구체적으로, 실시예 1 내지 실시예 12는 비교예 1 내지 비교예 4 대비 고효율, 및 저구동 전압이 달성되었다.
구체적으로, 실시예들의 구동 전압은 비교예들에 비하여 동등 또는 그 이하의 구동 전압을 나타내며, 최대 약 20% 정도의 저구동 전압이 달성 된다. 실시예들의 전류 효율은 비교예들의 전류 효율에 비하여 최소 약 4% 이상 최대 약 25% 가량의 높은 효율을 보이며, 최대 양자 효율의 경우 실시예들은 비교예들에 비하여 최소 약 5% 이상 최대 약 15% 가량의 높은 효율을 나타낸다.
실시예 화합물 1, 39, 51, 61, 71, 86, 101, 116, 및 159의 경우 페노티아진, 페녹사진, 또는 아릴아민(구체적으로는 비페닐아민)코어 구조를 갖는다. 따라서, 3가의 카보졸기를 코어 구조로 갖는 비교예 화합물들에 비하여 전기적 특성 또는 입체적 특성이 상이하여 상술한 저구동 전압 및 고효율 특성이 달성 된 것으로 판단된다.
실시예 화합물 11, 131, 및 138의 경우 비교예 화합물과 같이 3가의 카바졸 코어 구조를 가지나, 카바졸 코어 구조에 트리페닐 실릴기 또는 디벤조옥사실릴기 등이 치환된다. 따라서, 카바졸 코어 구조에 디벤조티오펜기 또는 디벤조퓨란기가 치환된 비교예들과 전기적 특성 또는 입체적 특성이 상이하여 상술한 저구동 전압 및 고효율 특성이 달성 된 것으로 판단된다.
일 실시예에 따른 다환 화합물은, 유기 전계 발광 소자의 재료로 사용되어 유기 전계 발광 소자의 고효율을 달성시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는, 일 실시예의 다환 화합물을 포함함으로써 고효율을 달성할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 유기 전계 발광 소자 EL1 : 제1 전극
EL2 : 제2 전극 HTR : 정공 수송 영역
EML : 발광층 ETR : 전자 수송 영역

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 기능층들; 을 포함하고,
    상기 복수 개의 기능층들 중 적어도 하나의 기능층은 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00134

    상기 화학식 1에서,
    X1 내지 X4는 각각 독립적으로 직접 결합, O, 또는 S이고,
    Y1은 O, S, 또는 SiR1R2이고,
    L은 직접 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R3 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    a 내지 d는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    e 및 f는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g 내지 j는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    k는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    Y1이 O, 또는 S이며 X4가 직접 결합인 경우, X1 내지 X3 중 적어도 하나가 O, 또는 S이거나 a 내지 c 중 적어도 하나가 0이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00135

    상기 화학식 2-1에서,
    X11, 및 Y-11은 각각 독립적으로 O, 또는 S이고,
    X4-, L, R3 내지 R9, 및 a, 및 d 내지 k는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일하다.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3 중 적어도 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1-1]
    Figure pat00136

    [화학식 2-1-2]
    Figure pat00137

    [화학식 2-1-3]
    Figure pat00138

    상기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서,
    X4, Y11, L, R3 내지 R9, 및 d 내지 k는 상기 화학식 2-1에서 정의한 것과 동일하다.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure pat00139

    상기 화학식 3에서,
    X41, 및 X42는 O이고,
    R91 내지 R94는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    d1, 및 d2는 각각 독립적으로 0, 또는 1이고,
    k1은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    K2, 및 K3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    K4는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    X-1 내지 X3, L, R3 내지 R8, a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일하다.
  5. 제4 항에 있어서,
    d1, 및 d2 중 적어도 하나가 1인 유기 전계 발광 소자.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1로 표시되는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 3-1]
    Figure pat00140

    상기 화학식 3-1에서,
    X1 내지 X3, X42, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, d2, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3에서 정의한 것과 동일하다.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 화학식 3-1은 하기 화학식 3-1-1 내지 화학식 3-1-3 중 적어도 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3-1-1]
    Figure pat00141

    [화학식 3-1-2]
    Figure pat00142

    [화학식 3-1-3]
    Figure pat00143

    상기 화학식 3-1-1 내지 3-1-3에서,
    X1 내지 X3, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3-1에서 정의한 것과 동일하다.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 기능층들은
    상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층; 및
    상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 을 포함하고,
    상기 발광층이 상기 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 발광층은 호스트, 및 인광 도펀트를 포함하고,
    상기 호스트는 상기 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 발광층은 청색 광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화합물군 1]
    Figure pat00144

    Figure pat00145

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    Figure pat00183
    .
  12. 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00184

    상기 화학식 1에서,
    X1 내지 X4는 각각 독립적으로 직접 결합, O, 또는 S이고,
    Y1은 O, S, 또는 SiR1R2이고,
    L은 직접 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R3 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    a 내지 d는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    e 및 f는 각각 독립적으로 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g 및 j는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    k는 0 이상 7 이하의 정수이고,
    Y1이 O, 또는 S이며 X4가 직접 결합인 경우, X1 내지 X3 중 적어도 하나가 O, 또는 S이거나 a 내지 c 중 적어도 하나가 0이다.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00185

    상기 화학식 2-1에서,
    X11, 및 Y-11은 각각 독립적으로 O, 또는 S이고,
    X4-, L, R3 내지 R9, 및 a, 및 d 내지 k는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일하다.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 2-1은 하기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3 중 적어도 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 2-1-1]
    Figure pat00186

    [화학식 2-1-2]
    Figure pat00187

    [화학식 2-1-3]
    Figure pat00188

    상기 화학식 2-1-1 내지 화학식 2-1-3에서,
    X4, Y11, L, R3 내지 R9, 및 d 내지 k는 상기 화학식 2-1에서 정의한 것과 동일하다.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2-2로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 2-2]
    Figure pat00189

    상기 화학식 2-2에서,
    X21, X31, 및 Y11은 각각 독립적으로 O, 또는 S이고,
    X4-, L, R3 내지 R9, 및 b 내지 k는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일하다.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 3]
    Figure pat00190

    상기 화학식 3에서,
    X41, 및 X42는 O이고,
    R91 내지 R94는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    d1, 및 d2는 각각 독립적으로 0, 또는 1이고,
    k1은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    K2, 및 K3은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    K4는 0 이상 5 이하의 정수이고,
    X1 내지 X3, L, R3 내지 R8, a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 1에서 정의한 것과 동일하다.
  17. 제16 항에 있어서,
    d1 및 d2 중 적어도 하나는 1인 다환 화합물.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 3-1]
    Figure pat00191

    상기 화학식 3-1에서,
    X1 내지 X3, X42, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, d2, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3에서 정의한 것과 동일하다.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 화학식 3-1은 하기 화학식 3-1-1 내지 화학식 3-1-3 중 적어도 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 3-1-1]
    Figure pat00192

    [화학식 3-1-2]
    Figure pat00193

    [화학식 3-1-3]
    Figure pat00194

    상기 화학식 3-1-1 내지 3-1-3에서,
    X1 내지 X3, L, R3 내지 R8, 및 a 내지 c, 및 e 내지 j는 상기 화학식 3-1에서 정의한 것과 동일하다.
  20. 제12 항에 있어서,
    상기 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나인 다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00195

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