KR20210043054A - 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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KR20210043054A
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Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고 다환 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고, 다환 화합물은 보란아민 유도체, 보란아민 유도체의 붕소(Boron) 원자에 직접 결합된 제1 고리와 제2 고리, 보란아민 유도체의 질소(Nitrogen) 원자에 직접 결합된 제3 고리와 제4 고리, 및 제1 내지 제4 고리 중 적어도 하나의 고리에 결합된 적어도 하나의 치환 또는 비치환된 보릴기를 포함하여 장수명 특성 및 우수한 색재현성을 나타낼 수 있다.

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 것이며, 보다 상세하게는 발광 재료로 사용되는 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 전계 발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 유기 전계 발광 소자의 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
특히, 최근에는 고효율 유기 전계 발광 소자를 구현하기 위해 삼중항 상태의 에너지를 이용하는 인광 발광이나, 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상(Triplet-triplet annihilation, TTA)를 이용한 지연 형광 발광에 대한 기술이 개발되고 있으며, 지연 형광 현상을 이용한 열 활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료에 대한 개발이 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 양호한 수명 특성과 우수한 발광 효율을 나타내는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 색순도 및 장수명 특성을 갖는 유기 전계 발광 소자용 재료인 다환 화합물을 제공하는 것이다.
일 실시예는 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, a 내지 d 중 적어도 하나는 1 이상의 정수이다. m1 내지 m4는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, L1 내지 L4는 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage),
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
, 또는
Figure pat00006
이다. R1 내지 R4, 및 Ra는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고, a 내지 d 중 적어도 하나가 1 이상의 정수일 때, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 보릴기이다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 화학식 1C 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1A]
Figure pat00007
[화학식 1B]
Figure pat00008
[화학식 1C]
Figure pat00009
상기 화학식 1A 내지 화학식 1C에서, Ar1 내지 Ar4, a 내지 d, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1D로 표시될 수 있다.
[화학식 1D]
Figure pat00010
상기 화학식 1D에서, a 내지 d, m1 내지 m4, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00011
[화학식 1-2]
Figure pat00012
[화학식 1-3]
Figure pat00013
[화학식 1-4]
Figure pat00014
상기 화학식 1-1에서, y1은 0 이상 3 이하의 정수이다. 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4에서, R11 내지 R17, R21 내지 R25, R31 내지 R36, 및 R41 내지 R45는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 결합하여 고리를 형성한다. x11 내지 x17은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, z1 내지 z5는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다. W1 내지 W5는 각각 독립적으로, 직접결합,
Figure pat00015
, 또는
Figure pat00016
이고, Ra는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
R1 내지 R4 중 적어도 하나는 중수소 원자, 중수소 원자로 치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 중수소 원자로 치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 중수소 원자로 치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 중수소 원자로 치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 중심 파장 470nm 이하의 청색광을 방출하는 청색 도펀트일 수 있다.
상기 화학식 1 로 표시되는 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료일 수있다.
다른 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하고, 상기 다환 화합물은 보란아민(boranamine) 유도체; 상기 보란아민 유도체의 붕소(Boron) 원자에 직접 결합된 제1 고리와 제2 고리; 상기 보란아민 유도체의 질소(Nitrogen) 원자에 직접 결합된 제3 고리와 제4 고리; 및 상기 제1 내지 제4 고리 중 적어도 하나의 고리에 결합된 적어도 하나의 치환 또는 비치환된 보릴기; 를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
상기 치환 또는 비치환된 보릴기의 붕소 원자는 이웃하는 질소 원자와 직접 결합하지 않는 것일 수 있다.
상기 제1 내지 제4 고리 중 선택되는 서로 인접하는 적어도 두 개의 고리들은 직접 결합하거나, 링커에 의해 서로 결합되거나, 또는 인접하는 치환기와 서로 결합되어 축합 고리를 형성할 수 있다.
상기 축합 고리는 아자보리닌(azaborinine) 부위를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 고리는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 제1 내지 제4 고리는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤젠고리일 수 있다.
상기 다환 화합물에서 수소 원자 중 적어도 하나는 중수소 원자로 치환된 것일 수 있다.
상기 발광층에 포함된 상기 다환 화합물은 상술한 화학식 1로 표시되는 다환화합물일 수 있다.
상기 발광층은 지연 형광을 방출하는 것일 수 있다.
상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 상기 도펀트는 상기 다환 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 중심 파장이 430nm 이상 470nm 이하의 광을 방출할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 수명 특성이 개선된 소자 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 좁은 반치폭을 갖는 청색광을 방출할 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광층에 포함되어 유기 전계 발광 소자의 장수명화에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 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 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
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.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자 및 이에 포함된 일 실시예의 다환 화합물에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)은 서로 마주하고 배치되며, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에는 발광층(EML)이 배치될 수 있다.
또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 발광층(EML) 이외에 복수의 기능층들을 더 포함한다. 복수의 기능층들은 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 또한 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광층(EML)에 후술하는 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML) 이외에 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 기능층들인 정공 수송 영역(HTR) 또는 전자 수송 영역(ETR)에 후술하는 일 실시예에 따른 다환 화합물을 포함할 수 있다.
한편, 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. 도 4는 도 2와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다.
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 제공된다. 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)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층, 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 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-methylphenyl)phenylamino] 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(fluorene)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 등을 더 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 50Å 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 제공된다. 발광층(EML)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å 또는, 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 갖는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 다환 화합물은 보란아민(boranamine) 유도체를 포함하는 것일 수 있다. 보란아민 유도체는 붕소원자(boron, B)와 질소원자(nitrogen, N)가 직접결합된 부분을 포함하는 것으로 "
Figure pat00017
" 부분을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 다환 화합물은 보란아민 유도체, 보란아민 유도체의 B 원자에 결합된 제1 고리 및 제2 고리, 보란아민 유도체의 N 원자에 결합된 제3 고리 및 제4 고리를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예의 다환 화합물은 제1 내지 제4 고리 중 적어도 하나에 치환된 적어도 하나의 치환 또는 비치환된 보릴기를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예의 다환 화합물에서 치환 또는 비치환된 보릴기의 B 원자는 보란아민 유도체의 N 원자와 직접 결합하지 않으며, 또한 치환 또는 비치환된 보릴기의 B 원자는 이웃하는 치환기들의 N 원자와도 직접 결합하지 않는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 옥시기, 티오기, 설피닐기, 설포닐기, 카보닐기, 보릴기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 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 헤테로고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로고리는 지방족 헤테로고리 및 방향족 헤테로고리를 포함한다. 인접하는 기와 서로 결합하여 형성된 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-diethylcyclopentene)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, 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, 헤테로고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로고리기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로고리기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있으며, 헤테로아릴기를 포함하는 개념이다. 헤테로고리기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다.
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, 트리아졸기, 피리딘기, 비피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 페녹사진기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트롤린기, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 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. 아릴옥시기의 고리 형성 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 옥시기의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 벤질옥시 등이 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 보릴기는 알킬 보릴기 및 아릴 보릴기를 포함한다. 보릴기의 예로는 트리메틸보릴기, 트리에틸보릴기, t-부틸디메틸보릴기, 트리페닐보릴기, 디페닐보릴기, 페닐보릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 알킬 보릴기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같고, 아릴 보릴기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하 또는 2 이상 10 이하이다. 알케닐기의 예로는 비닐기, 1-부테닐기, 1-펜테닐기, 1,3-부타디에닐 아릴기, 스티레닐기, 스티릴비닐기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 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. 예를 들어, 알킬 아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같고, 아릴 아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "
Figure pat00018
" 는 연결되는 위치를 의미한다.
일 실시예에 따른 다환 화합물에서 보란아민 유도체에 결합되는 제1 내지 제4 고리는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 다환 화합물에서 제1 내지 제4 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠고리일 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물에서, 제1 내지 제4 고리 중 선택되는 서로 인접하는 적어도 두 개의 고리들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 고리 중 선택되는 두 개 이상의 고리들 중 이웃하는 고리들은 직접 결합하거나, 링커에 의해 서로 결합되거나, 또는 인접하는 치환기로 서로 결합되어 축합 고리를 형성할 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물에서, 서로 이웃하는 고리들이 결합하여 형성된 축합 고리는 아자보리닌(azaborinine) 부위를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예의 다환 화합물에 포함된 적어도 하나의 치환 또는 비치환된 보릴기는 인접하는 링커, 또는 인접하는 치환기들과 결합하여 축합 고리를 형성하는 것일 수 있다. 예를 들어, 치환 또는 비치환된 보릴기가 인접하는 기와 결합하여 형성된 축합 고리는 아자보리닌 고리를 포함하는 것일 수 있다.
즉, 일 실시예의 다환 화합물에서 적어도 하나의 치환 또는 비치환된 보릴기는 인접하는 제1 내지 제4 고리 중 적어도 하나, 인접하는 링커, 및 인접하는 치환기들 중 선택되는 적어도 하나와 결합하여 축합 고리를 형성하는 것일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 하기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00019
화학식 1에서, Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠고리일 수 있다. 한편, Ar1 내지 Ar4에서, Ar1 및 Ar2는 보란아민 유도체의 붕소 원자에 직접 결합된 제1 고리 및 제2 고리에 해당하고, Ar3 및 Ar4는 보란아민 유도체의 질소 원자에 직접 결합된 제3 고리 및 제4 고리에 해당하는 것일 수 있다.
화학식 1에서 a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다. 또한, 화학식 1에서 a 내지 d 중 적어도 하나는 1 이상의 정수이다. 한편, a 내지 d가 각각 독립적으로 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 동일하거나, 적어도 하나가 서로 상이한 것일 수 있다. 예를 들어, a가 2 이상의 정수인 경우 복수 개의 R1들은 모두 동일하거나, 적어도 하나가 나머지와 다른 것일 수 있다. 이는 예시적으로 설명한 것으로 b 내지 d가 각각 2 이상의 정수인 경우 R2 내지 R4에 대하여도 동일하게 적용될 수 잇다.
화학식 1로 표시되는 다환 화합물에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 또한, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 보릴기이다.
즉, a 내지 d 중 적어도 하나가 1 이상의 정수일 경우, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 보릴기일 수 있다. 따라서, 일 실시예의 다환 화합물은 붕소 원자와 질소 원자가 직접 결합된 B-N에서의 붕소 원자 이외에 적어도 하나의 붕소 원자를 고리 형성 원자로 더 포함하는 것일 수 있다. B-N 결합에서의 붕소 원자를 제외한 추가된 붕소 원자는 질소 원자와 직접 결합하지 않는 것일 수 있다.
화학식 1에서, m1 내지 m4는 각각 독립적으로 0 또는 1이다. m1 내지 m4가 0인 경우 이웃하는 고리들은 서로 연결되지 않는 것을 의미한다. 일 실시예에 따른 다환 화합물에서, m1 내지 m4 중 적어도 하나는 1일 수 있다. 예를 들어, m2 및 m4는 1이고, m1 및 m3은 0일 수 있다. 또한, m1은 0이고, m2 내지 m4는 1일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 m1 내지 m4 중 선택되는 적어도 하나는 1 일 수 있다.
화학식 1에서, L1 내지 L4는 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage),
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
, 또는
Figure pat00024
일 수 있다. 한편, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
예를 들어, L1 내지 L4 중 어느 하나가 직접결합인 경우 이웃하는 두 개의 고리들은 단일결합으로 연결된 것일 수 있다. L1 내지 L4 중 어느 하나가 NRa인 경우 이웃하는 두 개의 고리들은 NRa의 질소 원자(N)로 서로 결합될 수 있다.
링커인 L1 내지 L4 중 어느 하나로 서로 결합된 이웃하는 두 개의 고리들은 보란아민의 붕소 원자 및 질소 원자 중 적어도 하나를 고리형성 원자로 포함하는 축합 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, 이웃하는 두 개의 고리들이 링커에 의해 결합되어 형성된 축합 고리는 아자보리닌 부위를 포함하는 것일 수 있다.
또한, Ar1 내지 Ar4 등의 고리에 치환된 치환기와, 이웃하는 두 개의 고리들을 연결하는 링커인 L1 내지 L4 중 이웃하는 링커는 서로 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, Ar1 내지 Ar4 중 선택되는 하나의 고리, 선택된 하나의 고리에 치환된 치환기, 및 선택된 고리 및 선택된 고리의 치환기와 인접한 링커는 서로 결합하여 아자보리닌 부위를 포함하는 축합 고리를 형성할 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물에서, Ar1 내지 Ar4 중 선택되는 하나의 고리, 선택된 하나의 고리에 치환된 치환기, 및 선택된 고리 및 치환기와 인접한 링커가 서로 결합하여 형성된 축합 고리는 예를 들어 하기 FR-1 내지 FR-3 중 어느 하나로 표시되는 부분을 포함하는 것일 수 있다.
Figure pat00025
한편, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 중수소 원자 이거나 또는 중수소 원자로 치환된 치환기일 수 있다. 예를 들어, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 중수소 원자, 중수소 원자로 치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 중수소 원자로 치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 중수소 원자로 치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 중수소 원자로 치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또한, R1 내지 R4 등이 복수 개인 경우 복수 개의 R1 내지 R4들 중 적어도 하나는 중수소 원자 이거나 또는 중수소 원자로 치환된 치환기일 수 있다.
상술한 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 화학식 1C 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1A]
Figure pat00026
[화학식 1B]
Figure pat00027
[화학식 1C]
Figure pat00028
화학식 1A 내지 화학식 1C에서, , Ar1 내지 Ar4, a 내지 d, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4에 대하여는 상술한 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
화학식 1A로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서, L2 및 L4 중 어느 하나는 직접결합일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1A로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서 L4 는 직접결합이고 L2는 NRa일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 화학식 1B로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서, L2 내지 L4 중 어느 하나는 직접결합일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1B로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서, L4 는 직접결합이고 L2 및 L3은 NRa일 수 있다. L2 및 L3은 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 한편, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, L2 내지 L4는 각각 독립적으로 상술한 화학식 1에서 정의된 링커의 종류 중 하나일 수 있다.
화학식 1C로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서, L1 및 L4 중 어느 하나는 직접결합일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1C로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물에서 L4 는 직접결합이고 L1은 NRa일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 화학식 1은 하기 화학식 1D로 표시될 수 있다.
[화학식 1D]
Figure pat00029
화학식 1D에서, a 내지 d, m1 내지 m4, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4에 대하여는 상술한 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00030
[화학식 1-2]
Figure pat00031
[화학식 1-3]
Figure pat00032
[화학식 1-4]
Figure pat00033
화학식 1-1 내지 화학식 1-4에 있어서, R11 내지 R17, R21 내지 R25, R31 내지 R36, 및 R41 내지 R45는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-4에 있어서, x11 내지 x17은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, z1 내지 z5는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
또한, 화학식 1-1 내지 화학식 1-4에 있어서 W1 내지 W5는 각각 독립적으로, 직접결합,
Figure pat00034
, 또는
Figure pat00035
이다. 한편, NRa에서 Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
또한, 화학식 1-1에서 y1은 0 이상 3 이하의 정수일 수 있다.
상술한 일 실시예의 다환 화합물은 붕소 원자(B)와 질소 원자(N)의 직접결합 부분(B-N 결합)을 포함하고, B-N 결합에 의해 다환 화합물을 이루는 방향족 고리들이 서로 가교되어 고정됨으로써 다환 화합물 분자의 안정성이 높아지게 된다. 이에 따라, 일 실시예의 다환 화합물이 유기 전계 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 경우 유기 전계 발광 소자의 수명 특성이 개선될 수 있다.
또한, 일 실시예의 다환 화합물은 B-N 결합의 붕소 원자 이외에 질소 원자와 직접 결합하지 않는 적어도 하나의 붕소 원자를 더 포함하여, 여기 상태가 되는 경우에서도 분자의 골격 변화가 최소화될 수 있다.
즉, 일 실시예의 다환 화합물은 B-N 결합의 붕소 원자 이외에 질소 원자와 직접 결합하지 않는 적어도 하나의 붕소 원자를 더 포함하는 분자 구조를 가짐으로써, 낮은 △Est 값을 나타내어 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료로 사용되면서, 발광 파장 영역에서 좁은 반치폭 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 화합물군 1에 표시된 다환 화합물들 중 적어도 하나의 다환 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
한편, 일 실시예의 다환 화합물에서 수소 원자 중 적어도 하나는 중수소 원자로 치환된 것일 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 다환 화합물의 하나의 분자에서 임의의 수소 원자가 중수소 원자로 치환될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예의 다환 화합물은 화합물군 1의 화합물 21에서 수소 원자 중 일부가 중수소 원자로 치환된 것에 해당하는 아래의 화합물 21-D와 같은 형태일 수 있다.
Figure pat00046
화합물 21-D는 예시적으로 나타낸 것이고, 화합물군 1에 표시된 일 실시예에 따른 다환 화합물들에서 분자 내의 임의의 수소 원자는 중수소 원자로 치환될 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 청색 발광 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 다환 화합물은 470nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장(λmax)을 갖는 청색광을 방출하는 발광 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 다환 화합물은 430nm 이상 470nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 발광 재료일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 다환 화합물은 청색 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료일 수 있다. 일 실시예의 다환 화합물은 B-N 결합에 의해 방향족 고리들이 서로 결합된 형태로 제공되어 안정된 분자 구조를 유지할 수 있으며, 또한 발광 시 좁은 반치폭을 나타낼 수 있다. 즉, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 발광층에 포함하여 장수명 특성 및 우수한 색재현성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 지연 형광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)을 발광하는 것일 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 복수의 발광층들을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들은 순차적으로 적층되어 제공되는 것일 수 있으며, 예를 들어 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자(10)는 백색광을 방출하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 탠덤(Tandem) 구조의 유기 전계 발광 소자일 수 있다. 유기 전계 발광 소자(10)가 복수의 발광층들을 포함하는 경우 적어도 하나의 발광층(EML)은 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하며 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 도펀트로 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 지연 형광 발광용 호스트 및 지연 형광 발광용 도펀트를 포함할 수 있고, 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 지연 형광 발광용 도펀트로 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 상술한 화합물군 1에 표시된 다환 화합물들 중 적어도 하나를 열활성 지연 형광 도펀트로 포함할 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 지연 형광 발광층이고, 발광층(EML)은 공지의 호스트 재료 및 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 다환 화합물은 TADF 도펀트로 사용되는 것일 수 있다.
한편, 일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 호스트 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광층(EML)은 호스트 재료로, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(n-vinylcabazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole-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), 또는 PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran), mCBP(3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제시된 호스트 재료 이외에 공지의 지연 형광 발광 호스트 재료가 포함될 수 있다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 발광층(EML)은 도펀트로 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 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 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 영역은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazol-1-yl)phenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(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), BmPyPhB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene) 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, NaCl, CsF, RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 LiQ(Lithium quinolate) 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층(HBL)을 포함할 수 있다. 정공 저지층(HBL)은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 또는 캐소드(Cathode)일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(CPL)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(CPL)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(4,4',4"- Tris (carbazol-9-yl) triphenylamine), N, N'-bis (naphthalen-1-yl) 등을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광층(EML)에 포함하여 우수한 발광 효율을 나타내며, 청색광의 발광 파장 영역에서 좁은 반치폭을 나타낼 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 화합물은 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있으며, 발광층(EML)은 일 실시예의 화합물을 포함하여 열활성 지연 형광 발광함으로써 양호한 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 상술한 일 실시예의 화합물은 발광층(EML) 이외의 유기층에서 유기 전계 발광 소자(10)용 재료로 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 다환 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층 또는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)에 포함할 수도 있다.
상술한 일 실시예의 다환 화합물은 B-N 직접결합 부위 및, N과 직접 결합하지 않는 적어도 하나의 B를 모두 고리형성 헤테로 원자로 포함하는 방향족 고리들이 서로 연결되어 결합된 구조를 가짐으로써, 높은 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 나타내어 지연 형광 발광 재료로 사용될 수 있다. 또한, 일 실시예의 다환 화합물을 발광층에 포함한 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 좁은 반치폭을 갖는 청색광을 방출하며 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화합물 및 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.
[실시예]
1. 일 실시예의 다환 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 다환 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 1의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1)화합물 1의 합성
일 실시예에 따른 화합물 1은 예를 들어 하기 반응식 1에 개시된 단계들에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00047
3-브로모아닐린(28.4g), 일염화 아이오딘(75g)을 포함하는 메탄올(800ml) 용액을 8시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응 용액을 물에 부어, 목적물을 디클로로메탄으로 추출하고, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 이후 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 1 31.0g(수율44%) 얻었다.
다음으로, 상기의 단계에서 얻어진 중간체 1(31g)에 6N 염산(300ml)을 추가하여 교반하였다. 이어서 냉각공정에서, 아질산나트륨(7.3g)을 포함하는 수용액(20ml)을 적하하면서, 1시간 동안 교반하고, 염화 구리(10.5g)를 추가하였다. 이후 반응 용액을 상온까지 승온시켜 1시간 동안 교반한 후, 다시 60℃에서 30분 가열 교반하였다. 다음으로 상온까지 냉각한 후, 목적물을 디클로로메탄으로 추출하였다. 유기층을 탄사수소나트륨으로 세정 후, 황산마그네슘으로 건조해, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 2를 29.6g(수율94%) 얻었다.
다음으로, 중간체 2(6g), 디페닐아민(4.8g), 나트륨 부톡사이드(3.9g), Pd2(dba)3(0.25g), 및 XantPhos(0.3g)를 포함하는 톨루엔(70ml) 용액을, 오일 배스 가열 조건 하에서 15시간 가열 환류 하였다. 이후, 상온까지 냉각한 후, 반응 용액을 물에 부었다. 다음으로 목적물을 톨루엔으로 추출해, 황산마그네슘으로 건조 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 3 2.3g(수율32%)을 얻었다.
상기에서 얻어진 중간체 3(2.3g)과 2,6-디클로로페닐보론산(1.3g), 인산칼륨(3g), PdCl2(dppf)(65mg)를 포함하는 톨루엔(20ml), 에탄올(10ml), 물(10ml) 용액을, 오일 배스 가열 조건 하에서 3시간 동안 가열 환류하였다. 상온까지 냉각한 후, 반응 용액을 물에 부었다. 다음으로 목적물을 톨루엔으로 추출해, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 4 2.4g(수율90%)을 얻었다.
상술한 단계에서 얻어진 중간체 4(2.4g), 아닐린(1.1g), 나트륨 부톡사이드(4g), Pd2(dba)3(0.3g), 및 PH(tBu)3/BF4(0.4g)를 포함하는 톨루엔(100ml) 용액을, 오일 배스 가열 조건 하에서 4시간 동안 가열 환류하였다. 이후 상온까지 냉각한 후, 반응 용액을 물에 부었다. 목적물을 초산에틸로 추출하고, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제하여 중간체 5를 2g(수율70%) 얻었다.
상술한 단계에서 얻어진 중간체 5(2g)를 포함하는 t-부틸벤젠(60ml) 용액을, -78℃까지 냉각하였다. 여기에 t-BuLi/펜탄 용액(7ml)을 더해, 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이후, 반응 용액을 -35℃까지 냉각하여, 1M의 BBr3 헵탄 용액(11ml)을 적하 후, 상온에서 3시간 동안 교반하였다. 다시 용액을 -40℃까지 냉각해, 디이소프로필에틸아민(2.5ml)을 적하한 후, 165℃로 8시간 가열 교반하였다. 목적물을 초산에틸로 추출하고, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 목적물인 화합물 1을 0.6g(수율30%) 얻었다. 또한 FAB-MS 측정에 의해, 목적물의 분자량이 694라는 것을 확인했다. 얻어진 목적물은 다시 승화 정제를 수행하여, 평가용 시료로 사용하였다.
(2)화합물 20의 합성
일 실시예에 따른 화합물 20은 예를 들어 하기 반응식 2에 개시된 단계들에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00048
화합물 20의 합성은, 상술한 화합물 1의 합성 방법에서 중간체 3에 추가되는 2,6-디클로로페닐보론산(1.3g)을 (2,6-디클로로-4-(디-p-톨릴아미노)―페닐)보론산으로 바꾼 것을 제외하고는 화합물 1의 합성 방법과 동일한 단계의 방법으로 진행하였다. FAB-MS 측정에 의해, 목적물의 분자량이 889라는 것을 확인했다. 얻어진 목적물은 다시 승화 정제를 수행하여, 평가용 시료로 사용하였다.
(3)화합물 55의 합성
일 실시예에 따른 화합물 55는 예를 들어 하기 반응식 3에 개시된 단계들에 의해 합성될 수 있다.
[반응식 3]
Figure pat00049
중간체2(6g)와 디페닐아민(2.4g), 나트륨 부톡사이드(2.0g), Pd2(dba)3(0.13g) 및 XantPhos(0.15g)를 포함하는 톨루엔(70ml) 용액을, 오일 배스 가열 조건 하에서 15시간 동안 가열 환류하였다. 상온까지 냉각한 후, 반응 용액을 물에 부었다. 목적물을 톨루엔으로 추출해, 황산마그네슘으로 건조 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 8을 4.6g(수율 70%) 얻었다.
상술한 단계에서 얻어진 중간체 8(4.6g)과 페놀(1.3g), CuI(63mg), Cs2CO3(6.2g) 및 N,N-dimethylglycine(0.3g)을 포함하는 디옥산(15ml) 용액을, 오일 배스 가열 조건 하에서 15시간 동안 가열 환류하였다. 상온까지 냉각한 후, 반응 용액을 물에 부었다. 목적물을 초산에틸로 추출하고, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 9를 2.8g(수율 65%) 얻었다.
상술한 단계에서 얻어진 중간체 9(2.8g)와 2-클로로-4-(디페닐아미노)페닐보론산(3.0g), 인산칼륨(2.6g), PdCl2(dppf)(60mg)를 포함하는 톨루엔(20ml), 에탄올(10ml), 물(10ml) 용액을, 오일 배스 가열 조건 하에서 5시간 동안 가열 환류하였다. 상온까지 냉각한 후, 반응 용액을 물에 부었다. 다음으로 목적물을 톨루엔으로 추출해, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 10을 3.6g(수율 89%) 얻었다.
상술한 단계에서 얻어진 중간체 10(3.6g)과 아닐린(0.8g), 나트륨 부톡사이드(1.1g), Pd2(dba)3(0.2g) 및 PH(tBu)3/BF4(0.3.5)를 포함하는 톨루엔(40ml) 용액을, 오일 배스 가열 조건 하에서 4시간 동안 가열 환류하였다. 상온까지 냉각한 후, 반응 용액을 물에 부었다. 목적물을 초산에틸로 추출하고, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 중간체 11을 2.9g(수율 75%) 얻었다.
상술한 단계에서 얻어진 중간체 11(2.9g)을 포함하는 t-부틸벤젠(60ml) 용액을, -78℃까지 냉각하였다. 여기에 t-BuLi/펜탄 용액 ca.1.9mol/L(5ml)을 더해, 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이후, 용액을 -35℃까지 냉각하여, 1M의 BBr3 헵탄 용액(10ml)을 적하한 후, 상온에서 3시간 동안 교반하였다. 다시 용액을 -40℃까지 냉각해, 디이소프로필에틸아민(2.5ml)을 적하한 후, 165℃로 8시간 가열 교반한 후, 반응 혼합물을 상온까지 되돌려 중조수에 부었다. 목적물을 초산에틸로 추출하고, 황산마그네슘으로 건조한 후, 감압 농축하였다. 얻어진 혼합물을 실리카겔 크로마토그래피로 정제해, 목적물인 화합물 55를 0.7g(수율 25%) 얻었다. 또한 FAB-MS 측정에 의해, 목적물의 분자량이 687이라는 것을 확인했다. 얻어진 목적물은 다시 승화 정제를 수행하여, 평가용 시료로 사용하였다.
2. 유기 전계 발광 소자의 제작과 평가
일 실시예의 다환 화합물의 발광 특성, 및 일 실시예의 다환 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대한 평가를 아래의 방법으로 진행하였다. 소자 평가를 위한 유기 전계 발광 소자 제작 방법은 아래에 기재하였다.
상술한 화합물 1, 20, 및 55의 다환 화합물을 발광층의 도펀트 재료로 사용하여 실시예 1 내지 실시예 3의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 비교예 1 내지 비교예 3은 비교예 화합물 C1, C2, 및 C3을 발광층 도펀트 재료로 각각 사용하여 제작된 유기 전계 발광 소자이다.
실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 사용한 화합물은 표 1에 나타내었다.
화합물 1
Figure pat00050
 화합물 20
Figure pat00051
화합물 55
Figure pat00052
 비교예화합물 C1
Figure pat00053
비교예화합물 C2
Figure pat00054
 비교예
화합물 C3
Figure pat00055
(유기 전계 발광 소자의 제작)
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30 분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 100Å 두께로 HAT-CN를 증착하고, α-NPD를 두께 800Å로 증착하고, mCP를 50Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 발광층 형성시 일 실시예의 다환 화합물 또는 비교예 화합물과 호스트물질을 6:94의 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하였다. 즉, 공증착하여 형성된 발광층은 실시예 1 내지 실시예 3에서는 각각 화합물 1, 20, 및 55를 호스트물질과 혼합하여 증착하였고, 비교예 1 내지 비교예 3에서는 비교예 화합물 C1, C2, 및 C3을 각각 호스트물질과 혼합하여 증착하였다. 발광층 형성시 호스트 물질로는 mCP를 사용하였다.
이후 발광층 상에 DPEPO로 두께 100Å의 층을 형성하고, TPBi로 두께 300Å의 층을 형성하고, Liq로 두께 50Å의 층을 순차적으로 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
실시예에서, 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역, 및 제2 전극은 진공 증착 장치를 이용하여 형성하였다.
(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
표 2에서는 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1 내지 비교예 3에 대한 유기 전계 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 2에서는 제작된 유기 전계 발광 소자에서의 최대 발광 파장(λmax), 발광 파장 영역에서의 반치폭(FWHM), 소자의 발광 효율, 및 소자 수명을 비교하여 나타내었다. 표 2에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서는 최대 발광 파장(λmax)은 발광 스펙트럼에서 최대 값을 나타내는 파장을 나타낸 것이고, 발광 효율은 100 cd/㎡의 휘도를 나타낼 때를 나타낸 것이다. 또한, 소자 수명은 비교예 1을 100%로할 때, 상대적인 값으로 비교하여 나타내었다.
구분 도펀트 재료 λmax (nm) 반치폭 발광효율 소자 수명
실시예 1 화합물 1 469nm 23nm 15.5% 165%
실시예 2 화합물 20 465nm 28nm 17.8% 158%
실시예 3 화합물 55 462nm 26nm 21.5% 135%
비교예 1 비교예 화합물 C1 459nm 30nm 5% 100%
비교예 2 비교예 화합물 C2 446nm 23nm 8% 105%
비교예 3 비교예 화합물 C3 538nm 63nm 18.5% 130%
표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3의 유기 전계 발광 소자는 470nm 이하의 청색 파장 영역에서 발광하며 30nm 미만의 좁은 반치폭을 갖는 광을 발광하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 다환 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 실시예 3의 유기 전계 발광 소자는 양호한 발광 효율 특성 및 우수한 소자 수명 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
이와 비교하여, 비교예 1의 경우 30nm의 반치폭을 나타내며 청색 파장 영역의 광을 방출하는 것이나, 발광 효율 및 소자 수명 특성이 실시예들에 비하여 낮게 나타났다. 비교예 2의 경우, 방향족 고리들이 서로 결합되어 가교된 구조를 나타내어 상대적으로 좁은 반치폭을 갖는 발광 특성을 나타내었으나, 소자 수명에 있어서 실시예들이 보다 우수한 효과를 나타내었다. 또한, 비교예 3의 경우 B-N 직접 결합을 포함하는 구조의 다환 화합물이나, 실시예와 달리 추가적인 B원자를 포함하지 않는 구조를 가지는 비교예 화합물 C3을 사용하여 발광 파장 영역에 있어서도 실시예들과 비교하여 장파장 영역의 광을 발광하였으며, 반치폭도 크게 나타난 것을 알 수 있다.
일 실시예의 다환 화합물은 B-N의 직접결합 부분을 포함하고, N원자와 직접 결합하지 않는 적어도 하나의 B원자를 포함하는 방향족 고리들이 서로 결합된 구조를 가짐으로써, 여기 상태에서도 분자 구조가 안정화되어 좁은 반치폭을 갖는 발광 특성을 나타내며, 소자의 장수명 특성에 기여할 수 있다. 또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 일 실시예의 다환 화합물을 발광층에 포함하여 발광 파장 영역에서 좁은 반치폭을 갖도록 하여 우수한 색특성을 나타내고, 개선된 수명 특성을 나타낼 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 (26)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하고,
    상기 다환 화합물은
    보란아민(boranamine) 유도체;
    상기 보란아민 유도체의 붕소(Boron) 원자에 직접 결합된 제1 고리와 제2 고리;
    상기 보란아민 유도체의 질소(Nitrogen) 원자에 직접 결합된 제3 고리와 제4 고리; 및
    상기 제1 내지 제4 고리 중 적어도 하나의 고리에 결합된 적어도 하나의 치환 또는 비치환된 보릴기; 를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 치환 또는 비치환된 보릴기의 붕소 원자는 이웃하는 질소 원자와 직접 결합하지 않는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 고리 중 선택되는 서로 인접하는 적어도 두 개의 고리들은 직접 결합하거나, 링커에 의해 서로 결합되거나, 또는 인접하는 치환기와 서로 결합되어 축합 고리를 형성하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 축합 고리는 아자보리닌(azaborinine) 부위를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 고리는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기인 유기 전계 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 고리는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤젠고리인 유기 전계 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 다환 화합물에서 수소 원자 중 적어도 하나는 중수소 원자로 치환된 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00056

    상기 화학식 1에서,
    Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, a 내지 d 중 적어도 하나는 1 이상의 정수이며,
    m1 내지 m4는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    L1 내지 L4는 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage),
    Figure pat00057
    ,
    Figure pat00058
    ,
    Figure pat00059
    ,
    Figure pat00060
    , 또는
    Figure pat00061
    이며,
    R1 내지 R4, 및 Ra는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고,
    a 내지 d 중 적어도 하나가 1 이상의 정수일 때, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 보릴기이다.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 화학식 1C 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1A]
    Figure pat00062

    [화학식 1B]
    Figure pat00063

    [화학식 1C]
    Figure pat00064

    상기 화학식 1A 내지 화학식 1C에서,
    Ar1 내지 Ar4, a 내지 d, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1D로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1D]
    Figure pat00065

    상기 화학식 1D에서, a 내지 d, m1 내지 m4, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00066

    [화학식 1-2]
    Figure pat00067

    [화학식 1-3]
    Figure pat00068

    [화학식 1-4]
    Figure pat00069

    상기 화학식 1-1에서, y1은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4에서,
    R11 내지 R17, R21 내지 R25, R31 내지 R36, 및 R41 내지 R45는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 결합하여 고리를 형성하고,
    x11 내지 x17은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    z1 내지 z5는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이며,
    W1 내지 W5는 각각 독립적으로, 직접결합,
    Figure pat00070
    , 또는
    Figure pat00071
    이고,
    Ra는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화합물군 1의 다환 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00072
    Figure pat00073
    Figure pat00074
    Figure pat00075
    Figure pat00076
    Figure pat00077
    Figure pat00078
    Figure pat00079
    Figure pat00080
    Figure pat00081

    .
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 지연 형광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고,
    상기 도펀트는 상기 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은 중심 파장이 430nm 이상 470nm 이하의 광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물을 포함하는 발광층; 을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00082

    상기 화학식 1에서,
    Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, a 내지 d 중 적어도 하나는 1 이상의 정수이며,
    m1 내지 m4는 각각 독립적으로, 0 또는 1이고,
    L1 내지 L4는 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage),
    Figure pat00083
    ,
    Figure pat00084
    ,
    Figure pat00085
    ,
    Figure pat00086
    , 또는
    Figure pat00087
    이며,
    R1 내지 R4, 및 Ra는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고,
    a 내지 d 중 적어도 하나가 1 이상의 정수일 때, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 보릴기이다.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00088

    [화학식 1-2]
    Figure pat00089

    [화학식 1-3]
    Figure pat00090

    [화학식 1-4]
    Figure pat00091

    상기 화학식 1-1에서, y1은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4에서,
    R11 내지 R17, R21 내지 R25, R31 내지 R36, 및 R41 내지 R45는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 결합하여 고리를 형성하고,
    x11 내지 x17은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    z1 내지 z5는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이며,
    W1 내지 W5는 각각 독립적으로, 직접결합,
    Figure pat00092
    , 또는
    Figure pat00093
    이고,
    Ra는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화합물군 1의 다환 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00094
    Figure pat00095
    Figure pat00096
    Figure pat00097
    Figure pat00098
    Figure pat00099
    Figure pat00100
    Figure pat00101
    Figure pat00102
    Figure pat00103

    .
  19. 하기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00104

    상기 화학식 1에서,
    Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    a 내지 d는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고, a 내지 d 중 적어도 하나는 1 이상의 정수이며,
    m1 내지 m4는 각각 독립적으로 0 또는 1이고,
    L1 내지 L4는 각각 독립적으로, 직접결합(direct linkage),
    Figure pat00105
    ,
    Figure pat00106
    ,
    Figure pat00107
    ,
    Figure pat00108
    , 또는
    Figure pat00109
    이며,
    R1 내지 R4, 및 Ra는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하고,
    a 내지 d 중 적어도 하나가 1 이상의 정수일 때, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 보릴기이다.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1A 내지 화학식 1C 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1A]
    Figure pat00110

    [화학식 1B]
    Figure pat00111

    [화학식 1C]
    Figure pat00112

    상기 화학식 1A 내지 화학식 1C에서,
    Ar1 내지 Ar4, a 내지 d, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1D로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1D]
    Figure pat00113

    상기 화학식 1D에서, a 내지 d, m1 내지 m4, L1 내지 L4, 및 R1 내지 R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4 중 어느 하나로 표시되는 다환 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00114

    [화학식 1-2]
    Figure pat00115

    [화학식 1-3]
    Figure pat00116

    [화학식 1-4]
    Figure pat00117

    상기 화학식 1-1에서, y1은 0 이상 3 이하의 정수이고,
    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4에서,
    R11 내지 R17, R21 내지 R25, R31 내지 R36, 및 R41 내지 R45는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아민기, 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 결합하여 고리를 형성하고,
    x11 내지 x17은 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    z1 내지 z5는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이며,
    W1 내지 W5는 각각 독립적으로, 직접결합,
    Figure pat00118
    , 또는
    Figure pat00119
    이고,
    Ra는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  23. 제 19항에 있어서,
    R1 내지 R4 중 적어도 하나는 중수소 원자, 중수소 원자로 치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 중수소 원자로 치환된 탄소수 2 이상 20 이하의 알케닐기, 중수소 원자로 치환된 고리형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 중수소 원자로 치환된 고리형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기인 다환 화합물.
  24. 제 19항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 다환 화합물은 중심 파장 470nm 이하의 청색광을 방출하는 청색 도펀트인 다환 화합물.
  25. 제 19항에 있어서,
    상기 화학식 1 로 표시되는 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료인 다환 화합물.
  26. 제 19항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나인 다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00120
    Figure pat00121
    Figure pat00122
    Figure pat00123
    Figure pat00124
    Figure pat00125
    Figure pat00126
    Figure pat00127
    Figure pat00128
    Figure pat00129

    .
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