KR20210130262A

KR20210130262A - 유기 전자 소자

Info

Publication number: KR20210130262A
Application number: KR1020217033948A
Authority: KR
Inventors: 사샤 도로크; 마이크 쵤너; 카르스텐 로테; 옴라네 파델
Original assignee: 노발레드 게엠베하
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2021-10-29
Also published as: JP2018032860A; KR20200131354A; TWI597875B; EP2786433A1; CN108198947A; CN104067400A; EP3399568B1; JP2015506094A; KR102476782B1; CN104067400B; KR20190105108A; TW201338228A; TW201717444A; US20190267546A1; US11251379B2; EP3399568A1; US20140332789A1; KR20140128297A; WO2013079676A1; US11653557B2

Abstract

본 발명은 제 1 전극, 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 하기 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 실질적인 유기층을 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다:

상기 식에서, M은 금속 이온이며, A¹ 내지 A⁴ 각각은 H, 치환되거나 비치환된 C6-C20 아릴 및 치환되거나 비치환된 C2-C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되며, n은 금속 이온의 원자가이다.

Description

유기 전자 소자{ORGANIC ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 유기 전자 소자, 및 이러한 유기 전자 소자에서 특정 화합물의 용도에 관한 것이다.

유기 전자 소자, 예를 들어 유기 반도체는 단순한 전자 부품들, 예를 들어 저항기, 다이오드, 전계 효과 트랜지스터, 및 또한 유기 발광 소자(예를 들어, 유기 발광 다이오드(OLED))와 같은 광전자 부품 및 기타 다수를 제작하기 위해 사용될 수 있다. 유기 반도체 및 이들의 소자의 산업적 및 경제적 중요성은 유기 반도전성 활성층들을 사용한 소자들의 증가된 수 및 대상에 대한 산업 주목의 증가에 반영된다.

OLED는 전자-정공 쌍들, 소위 여기자(exciton)들이 빛의 방출 하에서 재결합하는 전계발광의 원리를 기초로 하는 것이다. 이를 위하여, OLED는 샌드위치 구조 형태로 구성되며, 여기서 적어도 하나의 유기막은 두 개의 전극들 사이에 활성 물질로서 배열되며, 양 및 음전하 운반자들은 유기 물질에 주입되며, 전하 수송은 유기층에서 정공 또는 전자에서 재조합 구역(발광층)으로 일어나며, 여기서 전하 운반자의 싱글렛(singlet) 및/또는 트리플렛(triplet) 여기자에 대한 재조합이 광의 방출 하에서 일어난다. 여기자들의 후속 방사 재조합은 발광 다이오드에 의해 방출된 가시적으로 유용한 광의 방출을 야기시킨다. 이러한 광이 구성성분에서 떠나게 할 수 있게 하기 위해, 전극들 중 적어도 하나가 투명해야 한다. 통상적으로, 투명 전극은 TCO(투명 전도성 옥사이드)로서 명시되는 전도성 옥사이드, 또는 매우 얇은 금속 전극으로 이루어진다. 그러나, 다른 물질들이 사용될 수 있다. OLED의 제작에서의 출발점은 OLED의 개개 층들이 적용되는 기판이다. 기판에 가장 가까운 전극이 투명한 경우에, 구성성분은 "바닥-방출 OLED"로서 표시되며, 다른 전극이 투명하게 설계되는 경우에, 구성성분은 "상단-방출 OLED"로서 표시된다. OLED의 층들은 소분자, 폴리머를 포함할 수 있거나, 하이브리드일 수 있다.

OLED의 여러 작동 파라미터들은 전체 전력 효율을 향상시키기 위해 일정하게 개선된다. 하나의 중요한 파라미터는 전하 운반자의 수송을 개선시키고/거나 전극으로부터 주입 배리어와 같은 에너지 배리어를 감소시킴으로써 조정될 수 있는 작동 전압이며, 다른 중요한 수치는 양자 효율이며, 이는 또한 소자의 수명과 매우 관련이 있다. 다른 유기 소자, 예를 들어 유기 태양전지는 또한 효율의 개선을 필요로 하며, 이는 요즘에 최대 약 9%이다.

OLED와 같이, 유기 태양전지는 두 개의 전극들 사이에 유기층들의 스택을 갖는다. 태양전지에서, 광의 흡수의 원인이 되는 적어도 하나의 유기층, 및 흡수에 의해 생성되는 여기자(광-활성)를 분리시키는 계면이 존재하여야 한다. 이러한 계면은 이중층 헤테로접합, 벌크-헤테로접합일 수 있거나, 예를 들어 단계별 계면에서 보다 많은 층들을 포함할 수 있다. 또한, 감지층들 및 다른 층들이 제공될 수 있다. 증가된 효율을 위하여, 양호한 전하 운반자 수송이 요구되며, 일부 소자 구조들에서, 수송 영역들은 광을 흡수하지 못해야 하며, 이에 따라 수송층들 및 광-활성층들은 상이한 물질들을 포함할 수 있다. 또한, 전하 운반자 및/또는 여기자 차단층이 이용될 수 있다. 요즘에, 가장 높은 효율의 태양전지는 다층 태양전지이며, 일부 소자 구조들은 적층되고(다중-접합 태양전지), 연결 유닛(또한, 재조합층으로도 불리워짐)에 의해 연결되며, 그럼에도 불구하고, 단일 접합 태양전지는 알맞은 물질들이 발견되는 경우 고성능을 가질 수 있다. 소자의 예는 US 2009217980호, 또는 US 2009235971호에 제공된다.

OLED 및 유기 태양전지와는 상이하게, 트랜지스터는 전체 반도전(채널)층의 도핑을 필요로 하지 않는데, 왜냐하면 이용 가능한 전하 운반자들의 농도가 제 3 전극(게이트 전극)에 의해 공급된 전기장에 의해 결정되기 때문이다. 그러나, 통상적인 유기 박막 트랜지스터(OTFT)는 작동시키는데 매우 높은 전압을 필요로 한다. 이러한 동작 전압을 낮추는 것이 요구되며, 이러한 최적화는 예를 들어, 적절한 주입층으로 이루어질 수 있다.

유기 트랜지스터는 또한 유기 전계 효과 트랜지스터라 불리워진다. 상당한 수의 OTFT가 예를 들어 비-접촉 식별 태그(RFID) 뿐만 아니라 스크린 제어를 위한 저가의 집적회로에서 사용될 수 있다는 것이 예측된다. 저가의 적용을 달성하기 위하여, 일반적으로, 박막 공정들이 트랜지스터를 제작하는데 요구된다. 최근에, 성능 특징은 유기 트랜지스터의 상업화가 예측될 수 있는 범위로 개선되었다. 예를 들어, OTFT에서, 펜타센을 기반으로 한 정공에 대한 최대 5.5 cm²/Vs의 높은 전계 이동성이 보고되었다[Lee et al., Appl. Lett. 88, 162109 (2006)]. 통상적인 유기 전계 트랜지스터는 작동 동안에 전기 전도 채널, 전기 전하를 반도전층과 교환하는 드레인 및 소스 전극, 및 유전층에 의해 반도전층으로부터 전기절연된 게이트 전극을 형성하는 유기 반도전성 물질(반도전층) 물질의 활성층을 포함한다.

유기 전자 소자에서 전하 운반자 주입 및/또는 전도도를 개선시키는 것이 명확하게 요구되고 있다. 전극과 전자수송 물질(ETM) 사이의 전하 주입에 대한 배리어를 감소시키거나 제거하는 것은 소자 효율의 향상에 크기 기여한다. 요즘에는, 유기 전자 소자의 전압을 감소시키고 이의 효율을 향상시키기 위한 두 가지 주요 방법, 즉 전하 운반자 주입의 개선 및 수송층의 전도도의 개선이 존재한다. 두 가지 방법 모두는 조합하여 사용될 수 있다.

예를 들어, US 7,074,500호에는 전극에서 유기층으로 크게 개선된 전하 운반자 주입을 야기시키는 OLED에 대한 구성성분 구조가 기재되어 있다. 이러한 효과는 전극에 대한 계면에서 유기층에서의 에너지 수준의 상당한 밴드 벤딩(band bending)을 기반으로 한 것이며, 그 결과로서, 터널 메카니즘을 기반으로 한 전하 운반자의 주입이 가능하다. 도핑된 층의 높은 전도도는 또한 OLED의 작동 동안에 일어나는 전압 강하를 방지한다. OLED에서 전극과 전하 운반자 수송층 사이에서 일어날 수 있는 주입 배리어는 열역학적으로 타당한 최소 동작 전압과 비교하여 동작 전압의 증가에 대한 주요 원인들 중 하나이다. 이러한 이유로, 예를 들어, 낮은 일함수를 갖는 캐소드 물질, 예를 들어 칼슘 또는 바륨과 같은 금속들을 사용함으로써 주입 배리어를 감소시키기 위한 여러 시도들이 이루어졌다. 그러나, 이러한 물질들은 매우 반응적이어서 가공하기 어렵고, 단지 제한된 범위에서 전극 물질로서 적합하다. 또한, 이러한 캐소드를 사용함으로써 야기되는 동작 전압의 임의의 감소는 단지 부분적인 것이다.

낮은 일함수를 갖는 금속, 특히 알칼리 금속, 예를 들어 Li 및 Cs는 종종 전자 주입을 촉진시키기 위해 캐소드 물질 또는 주입층로서 사용된다. 이러한 것들은 또한 ETM의 전도도를 증가시키기 위해 도펀트로서 널리 사용되었다[US 6013384, US 6589673]. Li 또는 Cs와 같은 금속은 달리 도핑하기 어려운 매트릭스(예를 들어, BPhen, Alq3)에서 높은 전도도를 제공한다.

그러나, 낮은 일함수 금속의 사용은 여러 단점들을 갖는다. 금속들이 반도체를 통해 용이하게 확산할 수 있어, 결국 여기자를 켄칭시키는 광학 활성층에 도달하며, 이에 의해 소자의 효율 및 수명을 낮춘다는 것은 잘 알려져 있다. 다른 단점은 공기에 대한 노출 시에 이들의 높은 산화에 대한 민감성이다. 이에 따라, 도펀트, 주입 또는 캐소드 물질로서 이러한 금속들을 사용하는 소자는 생산 및 이후의 엄격한 캡슐화 동안에 공기의 철저한 배제를 필요로 한다. 다른 잘 알려진 단점은 10 mol%를 초과하는 도펀트의 보다 높은 몰 도핑 농도가 수송층들에서 광의 요망되지 않는 흡수를 증가시킬 수 있다는 것이다. 또 다른 문제점은 Cs와 같은 여러 단순한 레독스 도펀트들의 높은 휘발성으로서, 이는 소자 제작 툴에서의 이들의 사용을 보다 덜 매력이게 만드는 소자 어셈블링 공정에서 상호-오염을 야기시킨다.

ETM에 대한 n-도펀트 및/또는 주입 물질들로서 금속들을 대체하는 다른 방법은 알칼리 토금속과 비교하여 유사하거나 약간 보다 낮은 도핑/주입 능력을 갖는 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미디네이토)디텅스텐 (II) (W₂(hpp)₄) 또는 Co(Cp^*)₂ (US2009/0212280, WO2003/088271)와 같은 강한 도너 성질들을 갖는 화합물을 사용하는 것이다. 이들의 여전히 충분히 높은 전자공여 능력으로 인하여, 이러한 것들은 또한 공기에 대한 노출 시에 빠른 붕괴를 일으켜서, 소자 생산에서의 이들의 조작을 어렵게 만든다.

또한, 소자를 개선시키기 위해 전자수송층에 리튬 퀴놀레이트(LiQ)와 같은 금속 유기 착물들을 혼합시키는 것이 알려져 있지만, 정확한 개선 메카니즘은 잘 알려져 있지 않다. 조사는, LiQ의 사용이 여전히 높은 동작 전압을 갖는 OLED를 초래한다는 것을 나타낸다.

이에 따라, 소자의 장기간 안정성을 실질적으로 보존하는 고효율의 유기 전자 소자를 가능하게 하는 높은 도핑/전하 주입 능력을 가지고 공기 중에서 상당히 안정적인 물질들을 제공하는 것이 매우 요망되고 있다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 상기 언급된 최신 기술의 한계를 극복하고 종래 기술의 전자 소자들과 비교하여 개선된 성능을 갖는, 유기 전자 소자를 제공하기 위한 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 감소된 동작 전압 및 보다 높은 전력 효율로 반영되는 보다 긴 수명을 갖는 유기 전자 소자를 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적은 제 1 전극, 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 하기 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 실질적인 유기층을 포함하는 유기 전자 소자에 의해 달성된다:

화학식 (I)

바람직하게, n은 1 또는 2이다. 더욱 바람직하게, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이다. 가장 바람직하게, M은 Li 또는 Mg이다. 하나의 바람직한 구체예에서, 실질적인 유기층은 전자수송 매트릭스 화합물을 포함한다.

다른 바람직한 구체예들은 종속항들에 기술된다.

다른 바람직한 구체예에서, 전자수송 매트릭스 화합물은 이미다졸 또는 P=O 작용기를 포함한다.

또한, 화학식 (I)에 따른 화합물 및 전자수송 매트릭스 화합물은 바람직하게, 실질적인 유기층에 균일 혼합물의 형태로 존재한다.

나머지 치환된 아릴 또는 헤테로아릴에서 공유 결합된 모든 탄소 원자들이 이러한 나머지 탄소에 대해 기술된 탄소 원자들의 전체 총계에 포함되는 것으로 이해될 것이다. 이에 따라, 용어 C10 아릴은 예를 들어, 1- 또는 2-나프틸 뿐만 아니라 모든 이성체 부틸페닐, 디에틸페닐, 메틸-프로필페닐 및 테트라메틸페닐을 포함한다. 아릴의 다른 예들에는 페닐, 톨릴, 자일릴, 1,1'-바이페닐릴이 있다. 헤테로아릴은 바람직하게 N, O 및 S로부터 독립적으로 선택된 최대 3개의 헤테로원자를 포함할 수 있다. 하나의 바람직한 구체예에서, 헤테로아릴은 질소 원자를 통해 부착된다. 더욱더 바람직하게, 헤테로아릴 기는 디아졸릴 기이다. 더욱 바람직하게, 디아졸릴 기는 피라졸릴이다. 헤테로아릴의 다른 예들에는 이미다졸릴, 트리아졸릴, 인돌릴, 디메틸이미다졸릴, 및 디메틸피라졸릴, 등이 있다.

또한, 유기 전자 소자는 유기 발광 다이오드, 유기 태양전지 및 유기 전계 효과 트랜지스터로부터 선택될 수 있다.

애노드인 제 1 전극, 캐소드인 제 2 전극을 갖는 유기 발광 다이오드로서, 애노드와 캐소드 사이에 발광층을 추가로 포함하며 캐소드와 발광층 사이에 실질적인 유기층이 포함되어 있는 유기 발광 다이오드인 유기 전자 소자가 바람직하다. 대안적으로 또는 추가로, 유기 전자 소자의 발광층은 발광 폴리머를 포함한다.

마지막으로, 바람직하게 유기 전자 소자에서, 특히 소자의 전자수송층에서 및/또는 이러한 전자수송층에 인접한 도펀트로서, 화학식 (I)에 따른 물질의 용도가 있다.

바람직한 용도

바람직하게, 화학식 (I)에 따른 화합물은 수송 및/또는 주입층들, 더욱 바람직하게 전자수송층 및/또는 전자주입층에서 사용된다.

화학식 (I)에 따른 화합물들은 공기-안정적이고 분해 없이 증발될 수 있다. 이러한 것들은 또한 다양한 용매들에서 가용성이다. 이는 화학식 (I)에 따른 화합물들을 제작 공정에서 특히 용이하게 사용하게 만든다.

본 발명의 유기 전자 소자는 바람직하게 기판, 애노드 및 캐소드를 포함하는 층상 구조를 포함하며, 애노드와 캐소드 사이의 층상 구조 내에 적어도 하나의 실질적인 유기층이 배치되어 있다.

실질적인 유기층은 전자수송 매트릭스 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 전자수송 물질은 바람직하게 10 중량% 이상의 실질적인 유기층을 구성한다. 이는 층을 통한 전하 수송을 가능하게 하기 위한 것이다. 더욱 바람직하게는 40 중량% 이상이다. 전자수송층의 경우에, 전자수송 매트릭스가 층의 주요 구성성분인 것이 더욱 바람직하다.

전자수송층을 위한 매트릭스 물질로서, 예를 들어, 풀러렌(fullerene), 예를 들어, C60, 옥사디아졸 유도체, 예를 들어 2-(4-바이페닐)-5-(4-3차-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 퀴놀린-기반 화합물, 예를 들어 비스(페닐퀴녹살린), 또는 올리고티오펜, 페릴렌 유도체, 예를 들어 페릴렌테트라카복실산 이무수물, 나프탈렌 유도체, 예를 들어 나프탈렌테트라카복실산 이무수물, 또는 전자수송 물질에서 매트릭스로서 알려진 다른 유사한 화합물들이 사용될 수 있다.

전자수송 매트릭스 화합물이 포스핀 옥사이드 또는 이미다졸 작용기를 포함하는 것이 바람직하다.

전자수송 물질로서 매우 적합한 화합물들은 하기 문헌의 화합물들로부터의 화합물들이다:

- US2007/0138950, 우선적으로 22쪽의 화합물 (1) 및 (2), 23쪽의 화합물 (3), (4), (5), (6), 및 (7), 25쪽의 화합물 (8), (9), 및 (10), 26쪽의 화합물 (11), (12), (13), 및 (14), 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨;

- US2009/0278115 A1, 우선적으로 18쪽의 화합물 (1) 및 (2), 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨;

- US2007/0018154호로부터의 화합물들, 우선적으로 청구항 제10항의 화합물들, 19쪽의 화학식 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 20쪽 내지 26쪽의 화학식 1-7 내지 1-146. US2008/0284325 A1호로부터의 화합물들, 우선적으로 4쪽의 화합물: 2-(4-(9,10-디페닐안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 2-(4-(9,10-디([1,1'-바이페닐]-2-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 2-(4-(9,10-디(나프탈렌-1-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 2-(4-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 2-(4-(9,10-디([1,1':3',1"-테르페닐]-5'-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 및 5쪽의 화합물, 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨;

- US2007/0222373호로부터의 나프타센 유도체들, 우선적으로 17쪽의 화합물 (A-1) 및 (A-2), 18쪽의 화합물 (A-3), 및 19쪽의 (A-4), 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨;

- US2008/0111473호로부터의 화합물들, 우선적으로, 61쪽의 화합물 1, 62쪽의 화합물 2, 63쪽의 화합물 3 및 4, 64쪽의 화합물 5, 및 65쪽의 화합물 6, 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨;

- US2010/0157131호, 20쪽의 화합물 H-4, 및 12쪽의 화합물 (1) 및 (2), 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨;

- US2010/0123390호의 일반식 (1)에 따른 화합물들, 우선적으로 21쪽의 화합물 H4, H5, 22쪽의 H7, 23쪽의 H11, H12, H13, 24쪽의 H16 및 H18, 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨;

- US2007/0267970, 우선적으로 2-([1,1'-바이페닐]-4-일)-1-(4-(10-(나프탈렌-2-일)안트라센-9-일)페닐)-2,7a-디하이드로-1H-벤조[d]이미다졸(화합물 1), 2-([1,1'-바이페닐]-2-일)-1-(4-(10-(나프탈렌-2-일)안트라센-9-일)페닐)-2,7a-디하이드로-1H-벤조[d]이미다졸(화합물 2), US2007/0196688호, 18쪽의 화합물 (C-1), 이러한 화합물들은 본원에 참고로 포함됨.

다른 적합한 화합물들에는 7-(4'-(1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸-2-일)-[1,1'-바이페닐]-4-일)디벤조[c,h]아크리딘 (ETM1), (4-(디벤조[c,h]아크리딘-7-일)페닐)디페닐포스핀 옥사이드 (ETM2), 7-(4-(1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸-2-일)페닐)디벤조[c,h]아크리딘 (ETM5)이 있다.

적합한 정공수송물질(HTM)들은 예를 들어 디아민 부류로부터의 HTM일 수 있으며, 여기서 컨주게이트된 시스템은 적어도 두 개의 디아민 질소들 사이에 제공된다. 예로는 N4,N4'-디(나프탈렌-1-일)-N4,N4'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민 (HTM1), N4,N4,N4",N4"-테트라([1,1'-바이페닐]-4-일)-[1,1':4',1"-테르페닐]-4,4"-디아민 (HTM2)이 있다. 디아민의 합성은 문헌에 잘 기재되어 있으며, 여러 디아민 HTM들은 상업적으로 용이하게 입수 가능하다.

상술된 매트릭스 물질들이 또한 본 발명의 문맥에서 서로의 혼합물로 또는 다른 물질들과의 혼합물로 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 또한, 반도전성 성질들을 갖는 적합한 다른 유기 매트릭스 물질들이 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

다른 바람직한 구체예에서, 실질적인 유기층은 pn 접합(junction)에 존재하며, pn 접합은 적어도 두 개의 층들, 즉 p-층 및 n-층, 및 임의적으로 이들 사이의 중간층 i를 지니며, 여기서 중간층 i 및/또는 n-층은 실질적인 유기 반도전층이다.

유기 전자 소자는 폴리머 반도전층을 추가적으로 포함할 수 있다.

가장 바람직하게, 유기 전자 소자는 태양전지 또는 발광 다이오드이다. OLED에서, 화학식 (I)의 화합물은 광 이미터(light emitter)로서 작용하지 않는다. OLED로부터 방출된 광은 화학식 (I)의 화합물과는 다른, OLED의 다른 구성성분들로부터 방출된다.

유기 전자 소자는 또한, 반도전성 채널, 소스 전극, 및 드레인 전극, 반도전성 채널과 소스 전극 및 드레인 전극 중 적어도 하나 사이에 제공된 실질적인 유기층을 포함하는 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.

다른 가장 바람직한 구체예에서, 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 실질적인 유기층은 전자주입층 및/또는 전자수송층이다.

본 발명의 유기 전자 소자의 임의의 층들, 특히 실질적인 유기층은 공지된 기술들, 예를 들어 진공 열증발(VTE), 유기 증기상 증착, 레이저 유도 열전달, 스핀 코팅, 블레이드 또는 슬릿 코팅, 잉크젯 프린팅, 등에 의해 증착될 수 있다. 본 발명에 따른 유기 전자 소자를 제조하기 위한 바람직한 방법은 진공 열증발이다.

놀랍게도, 본 발명의 유기 전자 소자는 종래 기술의 소자들의 단점들을 극복하고, 특히 종래 기술의 전자 소자들과 비교하여, 예를 들어 효율과 관련하여 개선된 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다.

주입층(Injection layer)

바람직한 구체예에서, 이의 주요 구성성분으로서 화학식 (I)에 따른 화합물을 갖는 실질적인 유기층은 캐소드에 인접하고, 바람직하게 캐소드와 ETL(전자수송층) 또는 HBL(정공차단층) 중 하나 사이에 존재한다. 본 발명은, 특히 비-역 구조의 경우에, 가장 단순한 형태가 또한 주입층을 사용하지 않는 구조와 비교하여 현저히 개선된 성능을 갖는 것이라는 장점을 갖는다. 화학식 (I)에 따른 화합물은 순수층으로서 사용될 수 있고, 이후에 바람직하게 전자수송층(ETL 또는 HBL)과 캐소드 사이의 유일한 층이다. 이와 관련하여, OLED의 경우에, EML(이미터 층(emitter layer)) 및 ETL 매트릭스는 방출 구역이 캐소드로부터 먼 경우에 동일할 수 있다. 다른 구체예에서, ETL 및 EML은 상이한 조성물, 바람직하게 상이한 매트릭스의 층들이다.

유기 전자 소자에서의 주입층으로서 이러한 순수층은 0.5 nm 내지 5 nm의 바람직한 두께를 갖는다.

화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 층의 두께는 공칭 두께(nominal thickness)이며, 이러한 두께는 대개 물질의 밀도의 지식에 의해 특정 구역 상에 증착된 질량으로부터 계산된다. 예를 들어, 진공 열 증발 VTE와 관련하여, 공칭 두께는 두께 모니터 장치에 의해 지시된 값이다. 실제로, 층이 균질하지 않고 하나의 계면에서 평평하지 않기 때문에, 이의 최종 두께는 측정하기 어려우며, 이러한 경우에, 평균값이 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 캐소드는 이의 전기적 성질들을 변경시키기 위해, 예를 들어 이의 일-함수 또는 전도도를 개선시키기 위해 임의적으로 임의 표면 개질을 갖는 도전층이다. 바람직하게, 캐소드는 이중층이며, 더욱 바람직하게 이는 복잡성을 피하기 위해 단일층이다.

반도전층(Semiconducting layer)

유기층이 캐소드에 인접하고 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 전자수송층인 것이 더욱 바람직하다. ETL이 캐소드에 바로 인접하는 경우에, 이러한 단순화는 추가 주입층이 요구되지 않는다는 장점을 갖는다. 대안적으로, 추가 주입층은 ETL과 캐소드 사이에 제공될 수 있다. 이러한 추가 층은 상기에서 이미 예시된 바와 같이, 이의 주요 구성성분으로서 화학식 (I)에 따른 화합물을 갖는 층일 수 있다. 하나의 더욱 바람직한 구체예에서, ETL은 캐소드 아래(이들 사이에 어떠한 다른 층도 존재하지 않음)에 있으며, 여기서 캐소드는 상단 전극으로서, 이는 ETL을 형성한 후에 형성된다(비-역 구조).

OLED에 대하여, EML(이미터 층) 및 ETL 매트릭스는, 방출 구역이 캐소드에서 먼 경우에 동일할 수 있다. 다른 구체예에서, ETL 및 EML은 상이한 조성, 바람직하게 상이한 매트릭스의 층들이다.

본 발명의 장점

놀랍게도, OLED 수명의 개선, 및 동작 전압의 저하가 관찰되었다.

폴리머 하이브리드 OLED 또는 태양전지

다른 바람직한 구체예에서, 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 실질적인 유기층은 바람직하게 캐소드와 폴리머 층 사이에, 폴리머 반도체와 함께 사용되며, 여기서 폴리머 층은 바람직하게 소자의 광전자 활성 영역(OLED의 방출 영역 또는 태양전지의 흡수 영역)을 포함한다. 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하거나 이로 이루어진 모든 대체층들은 폴리머 층과 함께 사용될 수 있다. 예시적인 대체 층들은 화학식 (I)에 따른 화합물로 이루어진 주입층, 화합물과 금속을 포함하는 주입층, 금속을 지니거나 지니지 않은 화합물을 갖는 전자수송층일 수 있다. 캐소드에 대한 전자 계면은 이후에 화합물 (I)의 높은 전자주입 능력 제공하는 경우에 크게 개선된다.

전기 도핑(Electrical doping)

본 발명은 유기 반도전층의 통상적인 도핑에 대한 대안으로서 사용될 수 있다. 용어 도핑의 사용은 상기에서 설명된 바와 같은 전기 도핑을 의미한다. 이러한 도핑은 또한 레독스-도핑(redox-doping) 또는 전하수송 도핑으로 불리워질 수 있다. 도핑은 반도전성 매트릭스의 전하 운반자들의 밀도에서 도핑되지 않은 매트릭스의 전하 운반자 밀도 쪽으로 증가시킨다는 것이 알려져 있다. 전기 도핑된 반도체 층은 또한 도핑되지 않은 반도체 매트릭스와 비교하여 증가된 유효 이동성을 갖는다.

US 2008227979호에는 무기 도펀트 및 유기 도펀트로의 유기 수송 물질들, 또한 소위 매트릭스의 도핑을 상세히 기재하고 있다. 기본적으로, 효과적인 전자 수송은 도펀트에서 매트릭스로 일어나서 매트릭스의 페르미 수준을 증가시킨다. p-도핑의 경우에서 효율적인 수송을 위하여, 도펀트의 LUMO 에너지 수준은 바람직하게 매트릭스의 HOMO 에너지 수준 보다 더욱 음의 값이거나, 매트릭스의 HOMO 에너지 수준에 대해 0.5 eV 이하의 적어도 약간 더욱 양의 값이다. n-도핑 경우에 대하여, 도펀트의 HOMO 에너지 수준은 바람직하게 매트릭스의 LUMO 에너지 수준에 비해 더욱 양의 값이거나, 매트릭스의 LUMO 에너지 수준에 대해 0.5 eV 이상의 적어도 약간 더욱 음의 값이다. 또한, 도펀트에서 매트릭스로의 에너지 전달을 위한 에너지 수준 차이가 + 0.3 eV 보다 더욱 작은 것이 더욱 요망된다.

도핑된 정공수송 물질의 통상적인 예들에는 LUMO 수준이 약 -5.2 eV인 테트라플루오로-테트라시아노퀴논디메탄(F4TCNQ)으로 도핑된 HOMO 수준이 대략 -5.2 eV인 구리나프탈로시아닌(CuPc); F4TCNQ로 도핑된 아연프탈로시아닌(ZnPc)(HOMO = -5.2 eV); F4TCNQ로 도핑된 a-NPD (N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘)이 있다.

본 발명의 바람직한 모드들 중 하나는 p-도펀트를 포함하는 OLED의 정공수송 측면 및 화학식 (I)에 따른 물질을 포함하는 전자수송 측면을 갖는 OLED이다. 예를 들어, 화학식 (I)에 따른 화합물 및 ETM을 갖는 ETL 및 p-도핑된 HTL을 갖는 OLED.

도 1은 본 발명의 유기 전자 소자의 제 1 구체예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 유기 전자 소자의 제 2 구체예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 유기 전자 소자의 제 3 구체예를 도시한 것이다.

유기 전자 소자

도 1은 OLED 또는 태양전지를 형성하는 층들의 스택(stack) 형태의 본 발명의 유기 전자 소자의 제 1 구체예를 도시한 것이다. 도 1에서, 10은 기판이며, 11은 애노드이며, 12는 EML 또는 흡수층이며, 13은 EIL(전자주입층)이며, 14는 캐소드이다.

층(13)은 화학식 (I)에 따른 화합물의 순수층일 수 있다. 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나는 적어도 반-투명하다. 역 구조(inverted structure)가 또한 예측되며(예시되지 않음), 여기서 캐소드는 기판 상에 존재한다(캐소드는 애노드 보다는 기판에 더욱 가깝고, 층 11 내지 14의 순서는 역순이다). 스택은 추가 층들, 예를 들어 ETL, HTL, 등을 포함할 수 있다.

도 2는 OLED 또는 태양전지를 형성하는 층들의 스택 형태의 본 발명의 유기 전자 소자의 제 2 구체예를 나타낸 것이다. 여기서, 20은 기판이며, 21은 애노드이며, 22는 EML 또는 흡수층이며, 23은 ETL이며, 24는 캐소드이다. 층(23)은 전자수송 매트릭스 물질 및 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함한다.

도 3은 반도체 층(32), 소스 전극(34) 및 드레인 전극(35)을 갖는, OTFT 형태의 본 발명의 소자의 제 3 구체예를 도시한 것이다. 패턴화되지 않은(소스 전극과 드레인 전극 사이에 패턴화되지 않은) 주입층(33)은 소스-드레인 전극들과 반도전층 사이에 전하 운반자 주입 및 추출을 제공한다. OTFT는 또한 게이트 절연체(31)(소스 드레인 전극과 동일한 측면 상에 존재할 수 있음) 및 게이트 전극(30)을 포함하며, 게이트 전극(30)은 층(32)과 접촉하지 않은 층(31)의 측면 상에 존재한다. 명확하게, 전체 스택은 역전될 수 있다. 기판이 또한 제공될 수 있다. 대안적으로, 절연체 층(31)은 기판일 수 있다.

실시예

본 발명의 화합물의 효과를 시험하기 위한 전자수송 매트릭스로서 사용되는 화합물들

ETM1 및 ETM2는 특허출원 WO2011/154131호(실시예 4 및 6)에 기재된 것이며, ETM3(CAS 번호 561064-11-7)은 상업적으로 입수 가능하다. ETM4는 하기 절차에 따라 WO 2011/154131호의 실시예 3에 기술된 중간체(10)로부터 합성되었다:

화합물 (10)(4.06 g, 9.35 mmol)을 아르곤 하에서 60 mL 무수 THF에 용해시켰다. 용액을 -78℃로 냉각시키고, n-부틸리튬을 25분 내에 적가하고(2.5 mol/L, 5.6 mL, 14.0 mmol), 반응 혼합물을 이러한 온도에서 30분 동안 교반하였다. 이후에, 온도를 -50℃까지 상승시키고, 디페닐포스핀 클로라이드(2.17 g, 9.82 mmol)을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 이후에, 반응을 메탄올(MeOH, 30 mL)로 켄칭하고, 용매를 증발시켰다. 고체 잔류물을 50 mL 디클로로메탄(DCM)에 용해시키고, 이후에 8 mL 수성 H₂O₂(30 중량%)를 첨가하고, 혼합물을 24시간 동안 교반하였다. 이후에, 반응 혼합물을 50 mL 염수, 및 2x50 mL 물로 세척하고, 유기상을 건조시키고, 증발시켰다. 미정제 생성물을 컬럼 크로마토그래피(SiO₂, DCM, 이후 DCM/MeOH 99:1)를 통해 정제하였다. 이후에, 수득된 포움형 생성물을 40 mL 아세토니트릴로 2 차례 세척하였다.

수율: 3.1g (60 %). 엷은 황색 고체.

NMR: ³¹P NMR (CDCl₃, 121.5 MHz): δ (ppm): 27 (m) ¹H NMR (500 MHz, CD₂Cl₂) δ (ppm): 9.78 (d, 8.03 Hz, 2H), 7.95 (m, 3H), 7.85 (m, 2H), 7.76 (m, 11H), 7.57 (ddd, 1.39 Hz, 9.84 Hz, 7.24 Hz, 2H), 7.50 (m, 6H).

m.p. 250℃(시차주사열량계(DSC) 피크로부터 측정).

화학식 (I)의 화합물들을 제조하기 위한 합성 절차

모든 반응들을 불활성 대기 하에서 수행하였다. 상업적 반응물들 및 시약들을 추가 정제 없이 사용하였다. 반응 용매인, 테트라하이드로푸란(THF), 아세토니트릴(AcN) 및 디클로로메탄(DCM)을 용매 정제 시스템(SPS)으로 건조시켰다.

1) 리튬 페닐트리(1H-피라졸-1-일)보레이트(1)의 합성을 의한 합성식

1.1) 리튬 페닐트리하이드로보레이트

30 mL 무수 디에틸 에테르 중의 5.2 g(42.6 mmol, 1 eq.) 페닐보론산의 용액을 -5℃로 냉각시켰다. 40 mL 무수 디에틸 에테르 중의 리튬 알루미늄 하이드라이드(LAH, 2.75 g, 72.4 mmol, 1.7 eq.)의 현탁액을 제 1 용액에 40분에 걸쳐 일부씩 첨가하였다. 혼합물을 다시 실온이 되게 하고, 다른 한 시간 동안 교반하였다. 셀라이트(셀라이트 패드는 2x20 mL 무수 디에틸 에테르로 세척됨)를 통한 미반응된 LAH 잔류물의 불활성 여과를 제공하고, 수집된 여과물로부터 용매를 증발시키고 고진공 하에서 건조시킨 후에, 4.66 g 미정제 고체 물질(회색 분말)을 수득하였으며, 이에 대해 DMSO-d₆ 중에서의 ¹H-NMR로 구조를 확인하였다. 이러한 미정제 생성물을 다음 단계에서 이와 같이 사용하였다.

¹H NMR (DMSO-d₆, 500.13 MHz): δ [ppm] = 8.01 (m, 2H, Ar-H), 7.61 (t, J = 7 Hz, 2H, Ar-H), 7.45 (t, J = 7 Hz, 1H, Ar-H), 1.88 (m, 3H, ¹¹B-¹H 커플링으로부터의 4개의 밴드).

1.2) 리튬 페닐트리(1H-피라졸-1-일)보레이트 (1)

시일링된 오토클레이브에서, 아르곤 하에 100 mL 무수 톨루엔 중에서 2.4 g(24.5 mmol, 이론적으로 1 eq.) 1.1) 및 6.66 g(98 mmol, 4 eq.) 피라졸을 혼합하였다. 반응 혼합물을 250℃에 도달할 때까지 시일링된 용기에서 가열시키고, 이후에 이러한 온도를 밤새 유지시켰다. 실온이 되게 한 후에, 반응 혼합물을 여과하고, 수득된 고형물을 톨루엔으로 세척하여 피라졸 잔류물을 제거하였다. 5.0 g의 회색 분말(69% 수율)을 수득하였다. 추가 정제를 구배 승화(gradient sublimation)를 이용하여 달성하였다.

ESI-MS: 289m/z.

¹H NMR (CD₃OD, 500.13 MHz): δ [ppm] = 6.15 (t, J = 2 Hz, 2H), 6.95 (m, 2H), 7.09 (d, J = 2 Hz, 3H), 7.11 (m, 3H), 7.54 (s, 3H).

2) 트리(1H-피라졸-1-일)하이드로보레이트 복합물

이러한 복합물의 합성은 에스 트로피멘코(S. Trofimenko)의 문헌[Journal of the American Chemical Society, 89 (13), 3170-3177]에 보고된 절차에 따라 달성하였다. 아연, 마그네슘 및 칼슘의 복합물을 합성하였다.

2.1) 아연(II) 트리(1H-피라졸-1-일)하이드로보레이트 (2)

상기 인용된 합성 절차를 이러한 물질의 합성에 적용하였다.

특징분석: 백색 분말

EI-MS: 489 m/z [M-H]⁺¹

원소분석 C: 43.99 % (calc. 43.99 %); H: 4.20 % (calc. 4.10 %); N: 34.16 % (calc. 34.20 %).

2.2) 마그네슘 (II) 트리(1H-피라졸-1-일)하이드로보레이트 (3)

특징분석: 백색 분말

EI-MS: 449 m/z [M-H]⁺¹(승화되지 않은 물질로부터)

2.3) 칼슘 (II) 트리(1H-피라졸-1-일)하이드로보레이트 (4)

특징분석: 백색 분말

EI-MS: 465 m/z [M-H]⁺¹

2.4) 리튬 트리(1H-피라졸-1-일)하이드로보레이트 (5)

상기 인용된 합성 절차를 리튬 염의 합성에 적용하였다.

특징분석: 백색 분말

EI-MS: 219 m/z [M-H]⁺¹

원소분석 C: 49.06 % (calc. 49.14 %); H: 5.01 % (calc. 4.58 %); N: 38.20 % (calc. 38.21 %).

3) 마그네슘 테트라(1H-피라졸-1-일)보레이트 (6)

100 mL 물 중의 2.04g (5.5mmol, 1eq.)의 소듐 테트라(1H-피라졸-1-일)보레이트의 용액에 5 mL 물 중의 마그네슘 클로라이드(262mg, 2.8mmol, 1eq.)의 용액을 조심스럽게 첨가하고, 이후에 40 mL의 물을 첨가하였다. 혼합물을 4시간 동안 교반하고, 이후에 여과하고, 잔류물을 300 mL의 물로 조금씩 세척하고, 공기 중에서 건조시키고, 이후에 진공 하에서 건조시켜 화합물 (6)(1.28g(79%))을 수득하였다.

특징분석: 백색 분말

EI-MS: 582 m/z [M-H]⁺¹ (승화되지 않은 샘플)

DSC(순도): 99.0% (m.p. 355℃).

4) 리튬 테트라(1H-피라졸-1-일)보레이트 (7)

42.0 g(617 mmol) 1H-피라졸 및 3.23 g(147 mmol) 리튬 보로하이드라이드를 오토클레이브 반응기에서 혼합하고, 250℃에서 16시간 동안 가열하였다. 실온으로 냉각시킨 후에, 백색 고형물을 120 mL 톨루엔에 현탁시키고, 1시간 동안 교반하였다. 여과 후에, 톨루엔으로 세척하고 진공 중에서 건조시켜, 28.93 g(69 %)의 물질을 수득하였다. 이러한 물질을 구배 승화를 이용하여 정제하였다. C, H, N 함량(50.22 %, 4.3 %, 39, 17 %)이 마이크로분석에 의해 이론치(50.40 %, 4.2 %, 39.20 %)에 잘 맞는 것으로 추정되었다.

5) 승화 데이타

표 1은, 화학식 (I)의 예시적 화합물들이 진공 열증발(VTE) 및 적합한 고체 기판 상의 층으로서 이들의 증착에 의해, 또는 매트릭스 뿐만 아니라 화학식 (I)의 화합물 둘 모두를 포함하는 반도전성 물질을 형성하기 위한 적합한 매트릭스 화합물과의 동시-증착에 의해 전자 소자를 가공함에 있어서 적용가능하게 충분히 안정적임을 나타낸다.

표 1

소자 실시예

비교예 1

유리 기판 상에 100 nm 두께 Ag의 애노드를 증착시켜 제 1 청색 방출 소자를 제조하였다. HTM2의 40 nm 도핑된 층(매트릭스 대 도펀트 중량비 97:3)을 이후에 정공 주입 및 수송 층으로서 증착시키고, 이후에 HTM2의 92 nm 도핑되지 않은 층을 증착시켰다. 이후에, NUBD370(Sun Fine Chemicals)으로 도핑된 ABH113(Sun Fine Chemicals)의 청색 형광 방출 층(97:3 중량%)을 20 nm의 두께로 증착시켰다. 화합물 ETM1의 36 nm 층을 ETL로서 방출층 상에 증착시켰다. 1 nm 두께의 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 층을 증착시키고, 이후에 ETM1 층을 증착시켰다. 이후에, 12 nm의 두께를 갖는 Mg:Ag(90:10 중량%)의 층을 투명 캐소드로서 증착시키고, 이후에 60 nm의 HTM2를 캡층(cap layer)으로서 증착시켰다.

이러한 소자는 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 4.2V의 전압, 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 122 cd/m²의 휘도, 및 동일한 전류 밀도에서 1.2 cd/A의 전류 효율을 나타내었다.

전체 스택에서, HTM2는 유사한 결과를 갖는 HTM1에 의해 대체될 수 있다.

비교예 2

유사한 소자를 비교예 1에서와 같이 제조하였으며, 단지 차이는 ETL을 1:1의 중량비의 ETM1 및 LiQ의 혼합물의 36 nm 두께 층으로서 증착시키는 것이다.

이러한 소자는 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 4.0V의 전압, 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 260 cd/m²의 휘도, 및 동일한 전류 밀도에서 2.6 cd/A의 전류 효율을 나타내었다.

본 발명의 실시예 1

유사한 소자를 비교예 1에서와 같이 제조하였으며, 단지 차이는 ETL을 1:1의 중량비의 화합물 (7) 및 ETM1의 혼합물의 36 nm 두께 층으로서 증착시키는 것이다.

이러한 소자는 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 4.37V의 약간 증가된 전압, 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 663 cd/m²의 매우 향상된 휘도, 및 동일한 전류 밀도에서 6.6 cd/A의 전류 효율을 나타내었다. 이러한 값들은 청색 방출 OLED에 대해 매우 양호하다. 고성능을 고려해 볼 때, 보다 낮은 전압에서 비교예의 OLED와 동일하거나 이에 비해 더욱 높은 광 세기를 갖는 OLED를 작동시키는 것이 가능하다.

비교예 3

유사한 소자를 비교예 1에서와 같이 제조하였으며, 단지 차이는 ETL을 1:1의 중량비의 ETM2 및 LiQ의 혼합물의 36 nm 두께 층으로서 증착시키는 것이다.

이러한 소자는 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 4.7V의 전압, 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 452 cd/m²의 휘도, 및 동일한 전류 밀도에서 4.5 cd/A의 전류 효율을 나타내었다.

본 발명의 실시예 2

유사한 소자를 비교예 3에서와 같이 제조하였으며, 단지 차이는 ETL을 1:1의 중량비의 ETM2 및 화합물 (7)의 혼합물의 36 nm 두께 층으로서 증착시키는 것이다.

이러한 소자는 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 4.3V의 전압, 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 673 cd/m²의 휘도, 및 동일한 전류 밀도에서 6.7 cd/A의 전류 효율을 나타내었다.

이러한 본 발명의 실시예와 비교예 3의 유일한 차이는 화학식 (I)에 따른 화합물이다. 이러한 대체에 따라, 소자는 모든 중요 수치들을 놀랍게도 향상시켜, 보다 높은 상당한 성능과 함께 보다 낮은 전압에서 작동한다. 소자의 수명은 10 mA/cm²의 전류 밀도에서 초기 휘도의 97%까지 50시간을 초과하였는데, 이는 37시간을 갖는 비교예 2 보다 상당히 큰 것이다.

다른 ETM 및 화학식 (I)에 따른 화합물을 갖는 OLED는 표 2에 나타낸 바와 같이, 유사한 성능 개선을 나타내었다.

이러한 결과들은, 화학식 (I)의 화합물들을 포함하는 본 발명의 소자들이 전자주입 첨가제로서 공지된 LiQ를 사용하는 소자에 대한 유일한 유용한 대체물이 아님을 나타낸다. 화학식 (I)의 화합물의 사용은 전자수송 개선 첨가제들의 제공을 크게 넓혀서, 당해 분야에 공지된 한계를 넘는 소자 성능을 개선시키고 최적화시킬 수 있다.

상기 설명, 특허청구범위 및 도면에 기술된 특징들은 별도로 및 이들의 임의의 조합 둘 모두로 본 발명을 이의 다양한 형태로 실현시키기 위해 필수적일 수 있다.

Claims

제 1 전극, 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 하기 화학식 (I)에 따른 화합물을 포함하는 실질적인 유기층을 포함하는 유기 전자 소자(organic electronic device):

화학식 (I)
상기 식에서, M은 금속 이온이며, A¹ 내지 A⁴ 각각은 H, 치환되거나 비치환된 C6-C20 아릴 및 치환되거나 비치환된 C2-C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되며, n은 금속 이온의 원자가이다.
제 1항에 있어서, n이 1 또는 2인 유기 전자 소자.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, M이 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속인 유기 전자 소자.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, A¹ 내지 A⁴로부터 선택된 세 개 이상의 기들이 질소 함유 헤테로아릴인 유기 전자 소자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 질소 함유 헤테로아릴이 B-N 결합을 통해 중심 붕소 원자에 결합되는 유기 전자 소자.
제 5항에 있어서, 헤테로아릴이 피라졸릴인 유기 전자 소자.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, M이 Mg 또는 Li인 유기 전자 소자.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적인 유기층이 전자수송 물질을 포함하는 유기 전자 소자.
제 8항에 있어서, 전자수송 매트릭스가 이미다졸 또는 P=O 작용기를 포함하는 유기 전자 소자.
제 8항 또는 제 9항에 있어서, 화학식 (I)에 따른 화합물 및 전자수송 매트릭스가 실질적인 유기층에 균일 혼합물 형태로 존재하는 유기 전자 소자.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 소자가 유기 발광 다이오드, 유기 태양전지 및 유기 전계 효과 트랜지스터로부터 선택되는 유기 전자 소자.
제 11항에 있어서, 소자가 애노드인 제 1 전극, 캐소드인 제 2 전극을 갖는 유기 발광 다이오드이며, 소자가 애노드와 캐소드 사이에 발광층을 추가로 포함하며, 실질적인 유기층이 캐소드와 발광층 사이에 포함되어 있는 유기 전자 소자.
제 12항에 있어서, 발광층이 발광 폴리머를 포함하는 유기 전자 소자.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 (I)의 화합물이
인 유기 전자 소자.
유기 전자 소자에서, 특히 소자의 전자수송층에서 및/또는 이에 인접하여 전하 운반자 수송 및/또는 전자 주입을 개선시키기 위한 하기 화학식 (I)에 따른 화합물의 용도:

화학식 (I)
상기 식에서, M은 금속 이온이며, A¹ 내지 A⁴ 각각은 H, 치환되거나 비치환된 C6-C20 아릴 및 치환되거나 비치환된 C2-C20 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되며, n은 금속 이온의 원자가이다.