KR20210156915A - 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합 다환 화합물 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합 다환 화합물 Download PDF

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백장열
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Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 유기층들을 포함하고, 유기층들 중 적어도 하나는 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물을 포함하여 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00242

Description

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합 다환 화합물{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND FUSED POLYCYCLIC COMPOUND FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 축합 다환 화합물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 발광 재료로 사용되는 축합 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 발광 효율이 개선된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선할 수 있는 축합 다환 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 유기층들을 포함하고, 상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물; 및 하기 화학식 A로 표시되는 화합물과 하기 화학식 B로 표시되는 화합물 중 적어도 어느 하나; 를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X1, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 NAr3, O, 또는 S이고, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, R1 내지 R3는 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 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고, p는 0 이상 8 이하의 정수이고, q는 0 또는 1이고, r은 0 이상 4 이하의 정수이고, L1 내지 L3는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), *-O-*, *-S-*, *-Si(R11R12)-*, *-CR13R14-*, 또는 *-(CR15)(CR16)-*이고, R11 내지 R18은 각각 독립적으로, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고, a, b, 및 c는 각각 독립적으로, 0 또는 1이고,
[화학식 A]
Figure pat00002
상기 화학식 A에서, Ra1 내지 Ra3는 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 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
[화학식 B]
Figure pat00003
상기 화학식 B에서, Arb1 내지 Arb3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00004
[화학식 1-2]
Figure pat00005
[화학식 1-3]
Figure pat00006
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서,
Ar31 및 Ar32는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 상기 X1, X4, Ar1, Ar2, L1 내지 L3, R1 내지 R3, a, b, c, p, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00007
[화학식 2-2]
Figure pat00008
상기 화학식 2-1 및 화학식 2-2에서, 상기 X1 내지 X4, L1 내지 L3, R1 내지 R3, a, b, c, p, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00009
상기 화학식 3에서, 상기 X1 내지 X4, Ar1, Ar2, L1 내지 L3, R2, R3, a, b, c, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
일 실시예에서, 상기 X1 내지 X4는 각각 독립적으로, NAr3 또는 O일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 R2 및 R3는 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는 중수소 원자일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유기층들은 상기 제1 전극 상에 순차적으로 배치된 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역을 포함하고, 상기 발광층은 상기 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광층은 지연 형광을 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물, 상기 화학식 A로 표시되는 화합물, 및 상기 화학식 B로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광층은 청색 파장 영역의 광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 축합 다환 화합물의 상기 축합 다환 화합물의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)와 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)의 차이(ΔEST) 값은 0.13eV 이하일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 발광 효율이 향상될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광층에 포함되어 유기 전계 발광 소자의 고효율화에 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 축합 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 복수 개의 유기층들이 배치될 수 있다. 복수 개의 유기층들은 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 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.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수 개의 유기층들 중 적어도 하나의 유기층에 후술하는 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광층(EML)에 후술하는 일 실시예의 축합 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 유기층들인 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)에 포함된 적어도 하나의 유기층에 후술하는 일 실시예에 따른 축합 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.
이후 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에 대한 설명에 있어서, 발광층(EML)에 후술하는 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물을 포함하는 것으로 설명하나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물은 정공 수송 영역(HTR), 또는 전자 수송 영역(ETR)에 포함할 수도 있다.
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, 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 1500Å인 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), NPD(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine), 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), CzSi(9-(4-tert-Butylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole) 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 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 축합 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
한편, 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, 바이페닐기는 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. 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-diethylcyclopentane)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 직접결합(direct linkage)은 단일결합일 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 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.
본 명세서에서, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기, 또는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기일 수 있다. 탄화수소 고리기의 고리 형성 탄소수 5 이상 60 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 헤테로 고리기는 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리형성 원자로 포함하는 헤테로 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기일 수 있다. 헤테로 고리기의 고리 형성 탄소수 5 이상 60 이하일 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, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
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 헤테로 고리기 또는 다환식 헤테로 고리기일 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, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
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, 붕소기는 알킬 붕소기 및 아릴 붕소기를 포함한다. 붕소기의 예로는 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 디페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
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.
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, 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, 아릴 옥시기, 아릴 티오기, 아릴 설폭시기, 아릴 아미노기, 아릴 붕소기, 아릴 실릴기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다
본 명세서에서, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "
Figure pat00014
" 또는 "
Figure pat00015
" 는 연결되는 위치를 의미한다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 5개 고리가 축합되고, 제1 붕소 원자 및 제2 붕소 원자를 포함하는 축합 다환 헤테로고리; 제1 붕소 원자에 치환된 고리 형성 탄소수 6의 방향족 고리기; 및 상기 방향족 고리기에 치환되고 제1 붕소 원자의 파라 위치에 결합한 질소 원자;를 포함한다. 예를 들어, 제1 붕소 원자에 치환된 고리 형성 탄소수 6의 방향족 고리는 페닐기일 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pat00016
상기 화학식 1에서, X1, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 NAr3, O, 또는 S일 수 있다. 예를 들어, X1, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 NAr3 또는 O일 수 있다.
화학식 1에서, Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, Ar1은 치환된 페닐기이거나, 또는 Ar2와 서로 결합하여 고리를 형성하는 2가의 프로판(propane)일 수 있다.
예를 들어, Ar2는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
예를 들어, Ar3는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
화학식 1에서, R1 내지 R3는 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 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, R1은 치환 또는 비치환된 아민기일 수 있다. 구체적으로, R1은 아릴아민기일 수 있다. 예를 들어, R1은 바이페닐(Biphenyl) 아민기일 수 있다.
예를 들어, R2 및 R3는 각각 수소원자 또는 중수소원자일 수 있다.
화학식 1에서, p는 0 이상 8 이하의 정수이다. 예를 들어, p는 2일 수 있다. 화학식 1에서 p가 2일 경우, 복수의 R1은 서로 동일한 것이거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다.
화학식 1에서, q는 0 또는 1이다. 예를 들어, 화학식 1에서 q가 0인 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R2가 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 q가 1이고 R2가 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 q가 0인 경우와 동일할 수 있다.
화학식 1에서, r은 0 이상 4 이하의 정수이다. 예를 들어, r은 0 또는 1일 수 있다. 화학식 1에서 r이 0인 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R3가 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 r이 1이고 R3가 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 r이 0인 경우와 동일할 수 있다.
화학식 1에서, L1 내지 L3는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), *-O-*, *-S-*, *-Si(R11R12)-*, *-CR13R14-*, 또는 *-(CR15)(CR16)-*이다. R11 내지 R16은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기일 수 있다. 예를 들어, R11 내지 R16은 각각 메틸기일 수 있다.
화학식 1에서, a, b, 및 c는 각각 독립적으로, 0 또는 1이다. 화학식 1에서, a, b, 및 c가 0 인 경우 각각은, 일 실시예의 축합 다환 화합물이 L1 내지 L3를 포함하지 않는 경우 각각과 동일할 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 2개의 붕소 원자 및 2개의 붕소 원자 중 어느 하나와 파라 위치에 있는 질소 원자를 포함하여 donor 특성이 강화되고 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)와 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)의 차이가 감소할 수 있다. 이러한 영향으로 역항간 교차(Reverse intersystem crossing, RISC)가 용이하게 발생하여 일 실시예의 축합 다환 화합물은 높은 외부 양자 효율을 나타낼 수 있다.
또한, 질소 원자에 의해 분자 내 전자 밀도가 증가하여 붕소 원자와 탄소 원자 사이의 결합 에너지가 증가하고 분자의 안정도가 높아질 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물을 발광 재료로 포함하는 유기 전계 발광 소자는 TADF 특성이 향상되고, 소자의 발광 효율이 개선될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00017
[화학식 1-2]
Figure pat00018
[화학식 1-3]
Figure pat00019
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3은 상기 화학식 1에서, X2 및 X3를 구체화한 것이다. 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서 도시한 바와 같이, X2 및 X3 중 적어도 어느 하나는 NAr31 또는 NAr32일 수 있다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서, Ar31 및 Ar32는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어, Ar31 및 Ar32는 각각 바이페닐 아민일 수 있다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서, X1, X4, Ar1, Ar2, L1 내지 L3, R1 내지 R3, a, b, c, p, q, 및 r에 대한 설명은 화학식 1에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00020
[화학식 2-2]
Figure pat00021
화학식 2-1 및 화학식 2-2는 상기 화학식 1에서, Ar1, Ar2, 및 L1 내지 L3를 구체화한 것이다. 구체적으로, 화학식 2-1은 화학식 1에서 Ar1 및 Ar2가 페닐기인 경우를 나타낸 것이다. 화학식 2-2는 화학식 1에서 Ar1이 Ar2에 결합하여 시클로헥산을 형성하고, Ar2는 페닐기인 경우를 나타낸 것이다. 또한, 화학식 2-2는 a, b, 및 c가 0인 경우를 나타낸 것이다.
화학식 2-1 및 화학식 2-2에서, X1 내지 X4, R1 내지 R3, L1 내지 L3, a, b, c, p, q, 및 r에 대한 설명은 화학식 1에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00022
화학식 3은 상기 화학식 1에서, R1을 구체화한 것이다. 구체적으로, 화학식 3은 화학식 1에서 p가 2이고, 2개의 R1이 모두 바이페닐 아민기인 경우를 나타낸 것이다.
화학식 3에서, X1 내지 X4, R2, R3, L1 내지 L3, a, b, c, q, 및 r에 대한 설명은 화학식 1에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나의 축합 다환 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
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화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료일 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)와 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)의 차이(ΔEST)가 0.13eV 이하인 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물의 ΔEST는 0.13eV 이하일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 430nm 이상 490nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 발광 재료일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 청색 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 도펀트일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 일 실시예의 축합 다환 화합물이 발광 재료로 사용될 경우 축합 다환 화합물은 적색 발광 도펀트, 녹색 발광 도펀트 등의 다양한 파장 영역의 광을 방출하는 도펀트 물질로 사용될 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.
또한, 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 450nm 이하의 영역의 심청색광을 방출하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광층(EML)은 녹색광 또는 적색광을 방출하는 것일 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 복수의 발광층들을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들은 순차적으로 적층되는 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 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하며 상술한 축합 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 축합 다환 화합물을 지연 형광 발광용 도펀트로 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 상술한 화합물군 1에 표시된 축합 다환 화합물들 중 적어도 하나를 열활성 지연 형광 도펀트로 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 B로 표시되는 화합물 중 적어도 어느 하나를 호스트로 포함할 수 있다.
[화학식 A]
Figure pat00083
상기 화학식 A에서, Ra1 내지 Ra3는 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 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 예를 들어, Ra1 내지 Ra3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
[화학식 B]
Figure pat00084
상기 화학식 B에서, Arb1 내지 Arb3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
한편, 발광층(EML)의 호스트 재료로서는, 공지의 재료를 사용할 수 있고, 특히 한정되는 것은 아니지만, 플루오란텐(fluoranthene) 유도체, 피렌(pyrene) 유도체, 아릴아세틸렌(arylacetylene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 플루오렌(fluorene) 유도체, 페릴렌(perylene) 유도체, 크리센(chrysene) 유도체 등으로부터 선택된다. 바람직하게는, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체를 들 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)의 호스트 재료로서, 하기 화학식 AN으로 표시되는 안트라센 유도체를 사용할 수도 있다.
[화학식 AN]
Figure pat00085
화학식 AN에서, W1 내지 W4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, m1 및 m2는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이며, m3 및 m4는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
m1이 1일 경우, W1은 수소 원자가 아닐 수 있고, m2가 1일 경우, W2는 수소 원자가 아닐 수 있으며, m3가 1일 경우, W3은 수소 원자가 아닐 수 있고, m4가 1일 경우, W4는 수소 원자가 아닐 수 있다.
m1이 2 이상일 경우, 복수의 W1은 서로 동일하거나 상이하다. m2가 2 이상일 경우, 복수의 W2는 서로 동일하거나 상이하다. m3이 2 이상일 경우, 복수의 W3은 서로 동일하거나 상이하다. m4가 2 이상일 경우, 복수의 W4는 서로 동일하거나 상이하다.
상기 화학식 AN으로 표시되는 화합물은 일 예로서, 하기 구조식으로 나타낸 화합물을 포함할 수 있다. 단, 상기 화학식 AN으로 표시되는 화합물이 이하에 한정되는 것은 아니다.
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발광층(EML)은 호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 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(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine) 및 TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)benzene) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PVK(poly(N-vinylcarbazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), 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), CP1(Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2 (1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4 (Octaphenylcyclotetra siloxane)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(TBPe)), 피렌 및 그 유도체(예를 들어, 1, 1-dipyrene, 1, 4-dipyrenylbenzene, 1, 4-Bis(N, N-Diphenylamino)pyrene) 등을 더 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 공지의 인광 도펀트 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인광 도펀트는 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb) 또는 툴륨(Tm)을 포함하는 금속 착체가 사용될 수 있다. 구체적으로, FIrpic(iridium(III) bis(4,6-difluorophenylpyridinato-N,C2')picolinate), Fir6(Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)), 또는 PtOEP(platinum octaethyl porphyrin)가 인광 도펀트로 사용될 수 있다. 다만 실시예가 이에 한정되지 않는다.
또한, 일 실시예에서 발광층(EML)은 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)가 서로 다른 두 개의 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 제1 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 갖는 호스트, 제1 최저 삼중항 여기 에너지 준위 보다 낮은 제2 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 갖는 제1 도펀트, 및 제2 최저 삼중항 여기 에너지 준위 보다 낮은 제3 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 갖는 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 발광층(EML)은 제1 도펀트로 상술한 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
한편, 발광층(EML)은 공지의 인광 호스트 물질을 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, BCPDS(bis(4-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)diphenylsilane)를 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 배치된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층, 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/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-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), 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, RbI, CuI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 Liq(8-hydroxyl-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 500Å, 약 3Å 내지 약 300Å일 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 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 제1 전극(EL1)이 애노드일 경우 제2 전극(EL2)은 캐소드일 수 있다.제1 전극(EL1)이 캐소드일 경우 제2 전극(EL2)은 애노드일 수 있다
제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형전극일 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, Yb 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb,또는 MgAg 등)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 sol-9-yl) triphenylamine) 등을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 일 실시예의 축합 다환 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광층(EML)에 포함하여 청색광의 발광 파장 영역에서 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.
상술한 일 실시예의 축합 다환 화합물은 종래의 질소 원자와 붕소 원자를 코어에 포함하는 다환 화합물과 비교하여, 붕소 원자를 2개 포함하며, 적어도 하나의 붕소 원자의 파라 위치에 치환된 질소 원자를 포함한다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물은 다중 공명 효과 증대에 의해 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)와 최저 삼중항 에너지(T1 level) 준위 차이가 감소할 수 있고, 일 실시예의 축합 다환 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광 재료로 사용할 경우 유기 전계 발광 소자의 고효율을 구현할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 일 실시예 따른 축합 다환 화합물 및 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
1.축합 다환 화합물의 합성
본 실시 형태에 따른 축합 다환 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 1, 화합물 11, 화합물 29, 화합물 61, 화합물 69, 및 화합물 101의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 축합 다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 축합 다환 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1) 화합물 1의 합성
Figure pat00092
Figure pat00093
1-1) 중간체 1-1의 합성
N1-(3-bromophenyl)-N1,N3,N3,N5,N5-pentaphenylbenzene-1,3,5-triamine (1 eq), aniline (1.5 eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05 eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1 eq), Sodium tert- butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 100도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 1-1을 얻었다. (수율: 73 %)
1-2) 중간체 1-2의 합성
1-bromo-3-(3-bromophenoxy)-5-chlorobenzene (1 eq), diphenylamine (2 eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05 eq), BINAP (0.1 eq), Sodium tert- butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 90도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 1-2를 얻었다. (수율: 55 %)
1-3) 중간체 1-3의 합성
중간체 1-1 (1 eq), 중간체 1-2 (1 eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05 eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1 eq), Sodium tert- butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 140도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 감압하에 용매를 건조시킨 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 1-3을 얻었다. (수율: 70 %)
1-4) 화합물 1의 합성
중간체 1-3 (1 eq)을 ortho dichlorobenzene에 녹인 후, 섭씨 0도로 냉각 후 질소 분위기에서 BBr3 (5 eq)를 천천히 주입하였다. 적하 종료 후 온도를 섭씨 150도로 올려 24시간 교반하였다. 냉각 후 반응물이 들어있는 플라스크에 triethylamine을 천천히 떨어뜨려 반응을 종결시킨 후 ethyl alcohol을 반응물에 넣고 석출시켜 여과하여 반응물을 얻었다. 얻어진 고형분을 Column chromatography로 정제하여 화합물 1을 얻었다. (수율: 9 %)
(2)화합물 11의 합성
Figure pat00094
2-1) 중간체 11-1의 합성
3-chloro-5-(diphenylamino)phenol (1 eq), 4-bromo-10-phenyl-10H-phenoxazine (1 eq), CuI (0.1 eq), 1,10-Phen. (0.2 eq), K2CO3 (3 eq)를 DMF에 녹인 후 섭씨 160도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 용매를 감압하여 제거한 뒤 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 11-1을 얻었다. (수율: 66 %)
2-2) 중간체 11-2의 합성
중간체 1-3의 합성과 동일한 방법으로 중간체 11-1과 중간체 1-1을 사용하여 중간체 11-2를 합성하였다. (수율: 62 %)
2-3) 화합물 11의 합성
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 1-3 대신 중간체 11-2를 사용하여 화합물 11을 합성하였다. (수율: 10 %)
(3)화합물 29의 합성
Figure pat00095
Figure pat00096
3-1) 중간체 29-1의 합성
중간체 11-1의 합성과 동일한 방법으로 3-(diphenylamino)-5-(phenylamino)phenol과 4-bromo-9-phenyl-9H-carbazole을 사용하여 중간체 29-1을 합성하였다. (수율: 58 %)
3-2) 중간체 29-2의 합성
중간체 29-1 (1 eq), 1,3-dibromobenzene (1.5 eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05 eq), BINAP (0.1 eq), Sodium tert- butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 90도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 29-2를 얻었다. (수율: 50 %)
3-2) 중간체 29-3의 합성
중간체 29-2 (1 eq), 5-phenoxy-N1,N1,N3-triphenylbenzene-1,3-diamine (1 eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05 eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1 eq), Sodium tert- butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 100도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 29-3을 얻었다. (수율: 76 %)
3-3) 화합물 29의 합성
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 1-3 대신 중간체 29-3을 사용하여 화합물 29를 합성하였다. (수율: 7 %)
(4)화합물 61의 합성
Figure pat00097
4-1) 중간체 61-1의 합성
중간체 1-3의 합성과 동일한 방법으로 3-chloro-5-(diphenylamino)phenol과 N1,N1,N3-triphenylbenzene-1,3-diamine을 사용하여 중간체 61-1을 합성하였다. (수율: 72 %)
4-2) 중간체 61-2의 합성
중간체 11-1 의 합성과 동일한 방법으로 중간체 61-1과 N1-(3-bromophenyl)-N1,N3,N3,N5,N5-pentaphenylbenzene-1,3,5-triamine을 사용하여 중간체 61-2를 합성하였다. (수율: 43 %)
4-3) 화합물 61의 합성
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 1-3 대신 중간체 61-2를 사용하여 화합물 61을 합성하였다. (수율: 6 %)
(5)화합물 69의 합성
Figure pat00098
5-1) 중간체 69-1의 합성
중간체 61-1의 합성과 동일한 방법으로 N1,N1,N3-triphenylbenzene-1,3-diamine 대신 N,9-diphenyl-9H-carbazol-4-amine 을 사용하여 중간체 69-1을 합성하였다. (수율: 62 %)
5-2) 중간체 69-2의 합성
중간체 11-1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 69-1과 N1-(3-bromophenyl)-N1,N3,N3,N5,N5-pentaphenylbenzene-1,3,5-triamine을 사용하여 중간체 69-2를 합성하였다. (수율: 55 %)
5-3) 화합물 69의 합성
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 10-3 대신 중간체 69-2를 사용하여 화합물 69를 합성하였다. (수율: 8 %)
(6)화합물 101의 합성
Figure pat00099
6-1) 중간체 101-1의 합성
3-bromo-5-chloro-N,N-diphenylaniline (1 eq), N1,N1,N3-triphenylbenzene-1,3-diamine (1 eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05 eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1 eq), Sodium tert- butoxide (3eq)을 Toluene에 녹인 후 섭씨 90도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 101-1을 얻었다. (수율: 75 %)
6-2) 중간체 101-2의 합성
중간체 101-1, aniline (1.5 eq), Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (0.05 eq), Tri-tert-butylphosphine (0.1 eq), Sodium tert- butoxide (3eq)을 o-xylene에 녹인 후 섭씨 140도에서 12시간 교반하였다. 냉각 후 감압하에 용매를 건조시킨 후 ethyl acetate와 물로 3회 씻은 후 분액하여 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조 후 감압 건조하였다. Column chromatography로 중간체 101-2를 얻었다. (수율: 70 %)
6-3) 중간체 101-3의 합성
중간체 29-3의 합성과 동일한 방법으로 중간체 101-2, N1-(3-bromophenyl)-N1,N3,N3,N5,N5-pentaphenylbenzene-1,3,5-triamine을 사용하여 중간체 101-3을 합성하였다. (수율: 72 %)
6-4) 화합물 101의 합성
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 1-3 대신 중간체 101-3을 사용하여 화합물 101을 합성하였다. (수율: 11 %)
실시예 화합물 1, 11, 29, 61, 69, 및 101의 NMR 및 MS/FAB 값은 하기 표 1에 나타내었다.
화합물 H NMR (δ) MS/FAB
Calc Found
1 10.5 (1H, s), 9.31 (1H, d), 9.30 (1H, d),
7.47-7.38(5H, m), 7.34-7.28(3H, m), 7.19-7.12 (18H, m),
7.03 (4H, m), 6.94-6.83 (20H, m), 5.91-5.73(5H, m)		 1189.05 1189.04
11 10.4 (1H, s), 9.32 (1H, d), 9.28 (1H, d), 7.47-7.38(5H, m), 7.30-7.25(3H, m), 7.22-7.11 (18H, m),
7.04 (3H, m), 6.92-6.81 (19H, m), 5.90-5.72(5H, m)		 1203.03 1203.02
29 10.5 (1H, s), 9.36 (1H, d), 9.34 (1H, d), 8.11-8.09(1H, m), 7.32-7.25(3H, m), 7.21-7.12 (17H, m),
7.02 (4H, m), 6.93-6.83 (18H, m), 5.91-5.73(5H, m)		 1111.92 1111.91
61 10.5 (1H, s), 9.30(1H, d), 9.25 (1H, d), 7.47-7.38(10H, m),7.34-7.21(3H, m),7.17-7.10 (16H, m),
7.05 (10H, m), 6.93-6.83 (11H, m),5.89-5.73(5H, m)		 1189.05 1189.04
69 10.5 (1H, s), 9.30(1H, d), 9.26 (1H, d),8.10 (1H, m), 7.47-7.38(10H, m), 7.32-7.21(3H, m),
7.21-7.12 (15H, m), 7.07 (9H, m), 6.95-6.86 (10H, m),5.89-5.73(5H, m)		 1187.03 1187.02
101 10.4 (1H, s), 9.29 (1H, d), 9.22 (1H, d),7.47-7.38(10H, m), 7.31-7.20(3H, m),7.19-7.12 (18H, m),
7.06 (4H, m), 6.98-6.84 (20H, m),5.86-5.71(5H, m)		 1264.16 1264.15
2. 축합 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 및 평가
일 실시예의 축합 다환 화합물의 발광 특성, 및 일 실시예의 축합 다환 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대한 평가를 아래의 방법으로 진행하였다. 평가에 사용된 화합물은 아래에 나타내었다.
(실시예 화합물)
Figure pat00100
(비교예 화합물)
Figure pat00101
실시예 1 내지 6 각각은 상술한 실시예 화합물인 화합물 1, 화합물 11, 화합물 29, 화합물 61, 화합물 69, 및 화합물 101을 발광 재료로 사용하여 제작된 유기 전계 발광 소자에 해당한다.
비교예 1 내지 비교예 4는 비교예 화합물 c1, c2, c3, 및 c4를 발광 재료로 사용하여 제작된 유기 전계 발광 소자에 해당한다.
소자 평가를 위한 유기 전계 발광 소자 제작 방법은 아래에 기재하였다.
(유기 전계 발광 소자의 제작)
코닝(corning) 15Ω/cm2 (1200Å)의 ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각 10분 동안 초음파 세정한 후, 10분 동안 자외선을 조사하고 오존에 노출시켜 세정하고 진공증착장치에 설치하였다.
유리기판 상에 정공주입층으로서 공지의 화합물 NPD를 300Å 두께로 진공 증착한 후, 이어서 정공수송성 화합물로서 TCTA를 200Å의 두께로 진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로 정공수송층 화합물 CzSi를 100Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
상기 층 위에 Host A와 Host B를 중량비 5:5의 비율로 공증착하고 동시에 Host A 및 Host B: 실시예 화합물들 또는 비교예 화합물의 중량비가 99:1이 되도록 실시예 화합물들 또는 비교예 화합물들을 함께 공증착하여 200Å의 두께의 발광층을 형성하였다. 즉, 실시예 1 내지 실시예 6은 Host A 및 Host B: 실시예 화합물을 중량비 99:1로 공증착하여 발광층을 형성하였고, 비교예 1 내지 4는 Host A 및 Host B: 비교예 화합물을 중량비 99:1로 공증착하여 발광층을 형성하였다. Host A는 carbazole 골격을 포함한 구조이며, Host B는 triazine 골격을 포함한 구조이다.
형성된 발광층은 실시예 1 내지 실시예 6에서는 실시예 화합물인 화합물 1, 화합물 11, 화합물 29, 화합물 61, 화합물 69, 및 화합물 101을 사용하였고, 비교예 1 내지 비교에 4에서는 비교예 화합물 c1, 비교예 화합물 c2, 비교예 화합물 c3, 및 비교예 화합물 c4를 사용하였다.
발광층 상에 전자 수송층 화합물로써 TSPO1을 200Å의 두께로 형성한 후, 전자 주입층 화합물로써 TPBI를 300Å의 두께로 증착하였다. 전자수송층 상부에 할로겐화 알칼리금속인 LiF를 전자주입층으로 10Å의 두께로 증착 하고, Al를 3000Å(음극 전극)의 두께로 진공 증착 하여 LiF/Al 전극을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 제조 하였다.
상기 유기 전계 발광 소자의 제작에 사용된 화합물은 하기와 같다.
Figure pat00102
Figure pat00103
Figure pat00104
(화합물의 에너지 준위 평가)
표 2는 하기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4의 화합물에 대한 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level), 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level), 및 S1 level과 T1 level의 차이(ΔEST)를 나타낸 것이다.
구분 도펀트 재료 T1 level S1 level ΔEST
실시예 1 실시예 화합물 1 2.62 2.70 0.08
실시예 2 실시예 화합물 11 2.60 2.68 0.08
실시예 3 실시예 화합물 29 2.63 2.71 0.08
실시예 4 실시예 화합물 61 2. 65 2.69 0.04
실시예 5 실시예 화합물 69 2.62 2.68 0.06
실시예 6 실시예 화합물 101 2.63 2.70 0.07
비교예 1 비교예 화합물 c1 2.55 2.73 0.18
비교예 2 비교예 화합물 c2 2.48 2.62 0.14
비교예 3 비교예 화합물 c3 2.70 2.90 0.2
비교예 4 비교예 화합물 c4 2.47 2.64 0.17
표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 6의 화합물들은 T1 level의 평균값이 비교예 1 내지 비교예 4의 화합물들의 T1 level의 평균값보다 높다.
실시예 1 내지 실시예 6의 화합물의 경우, ΔEST 값이 0.8 이하이고, 비교예 1 내지 비교예 4의 화합물의 경우, ΔEST 값이 0.14eV 이상 0.2eV 이하이다. 이로부터 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1 내지 비교예 4의 화합물들은 열활성 지연 형광 도펀트로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 6의 화합물들은 비교예 1 내지 4의 화합물들보다 높은 T1 Level 및 낮은 ΔEST 값을 가짐에 따라, 발광층에 적용될 경우 비교예 1 내지 4의 화합물들보다 높은 발광 효율을 낼 수 있을 것으로 판단된다.
(유기 전계 발광 소자 평가예)
상술한 실시예 화합물인 화합물 1, 화합물 11, 화합물 29, 화합물 61, 화합물 69, 화합물 101, 비교예 화합물 c1, 비교예 화합물 c2, 비교예 화합물 c3, 및 비교예 화합물 c4로 제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 평가하였다. 평가 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타낸다.
표 3에서, 실시예 A 내지 F, 및 비교예 A 내지 D의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 호스트로 Host A 및 Host B를 사용하였다.
실시예 A 내지 F의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 도펀트로 실시예 화합물인 화합물 1, 화합물 11, 화합물 29, 화합물 61, 화합물 69, 또는 화합물 101을 사용하였다.
비교예 A 내지 D의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 도펀트로 비교예 화합물 c1, 비교예 화합물 c2, 비교예 화합물 c3, 또는 비교예 화합물 c4을 사용하였다.
구분 Host A Host B 도펀트 구동
전압
(V)		 효율
(Cd/A)		 최대양자
효율(%)		 발광파장
(nm)
실시예 A HT-1 ET01 화합물1 4.3 24.2 22.6 462
실시예 B HT-1 ET02 화합물11 4.4 24.8 22.2 464
실시예 C HT-2 ET01 화합물29 4.5 25.0 23.1 464
실시예D HT-2 ET02 화합물 61 4.3 23.3 22.8 461
실시예 E HT-1 ET02 화합물 69 4.4 24.9 23.2 465
실시예 F HT-2 ET01 화합물 101 4.3 25.1 23.3 461
비교예A HT-1 ET01 비교예 화합물 c1 5.4 14.2 14.1 461
비교예 B HT-2 ET01 비교예 화합물 c2 5.3 19.3 19.0 462
비교예 C HT-1 ET02 비교예 화합물 c3 5.6 19.2 18.9 463
비교예 D HT-2 ET01 비교예 화합물 c4 5.5 18.6 18.6 461
표 3의 결과를 참조하면, 실시예 A 내지 F의 유기 전계 발광 소자는 460nm 이상 465nm 이하의 청색 파장 영역에서 발광하고, 구동 전압이 4.5V 이하, 효율이 23.3Cd/A 이상이며, 최대 양자 효율은 22.2% 이상 25.1% 이하인 것을 확인할 수 있다.비교예 A 내지 비교예 D의 유기 전계 발광 소자는 460nm 이상 465nm 이하의 청색 파장 영역에서 발광하고, 구동 전압이 5.3V 이상이며, 효율은 19.3Cd/A 이하이고, 최대 양자 효율이 14.2% 이상 19.0% 이하이다. 즉, 실시예의 유기 전계 발광 소자에 비해, 비교예 A 내지 비교예 D의 유기 전계 발광 소자는 높은 구동 전압, 낮은 효율, 및 낮은 최대 양자 효율 값을 가진다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 실시예 화합물을 발광층에 포함하여 공지의 화합물 대비 낮은 구동 전압, 높은 발광 효율, 및 높은 최대 양자 효율을 가질 수 있다.
표 4에서, 실시예 A-1 내지 E-1, 및 비교예 A-1 내지 E-1의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 호스트로 Host A 및 Host B 중 어느 하나를 사용하였다.
실시예 A-1 내지 E-1의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 도펀트로 실시예 화합물인 화합물 1, 화합물 11, 화합물 29, 화합물 61, 화합물 69, 또는 화합물 101을 사용하였다.
비교예 A-1 내지 E-1의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 도펀트로 비교예 화합물 c1, 비교예 화합물 c2, 비교예 화합물 c3, 또는 비교예 화합물 c4을 사용하였다.
비교예 F-1의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 호스트로 하기 비교예 화합물 CBP를 사용하였고, 발광층의 도펀트로 실시예 화합물 1을 사용하였다.
구분 Host A Host B 도펀트 구동전압
(V)		 효율
(Cd/A)		 최대양자
효율(%)		 발광파장
(nm)
실시예 A-1 HT-1 - 화합물 1 5.0 16.6 15.5 463
실시예 B-1 - ET01 화합물 11 5.1 16.5 14.8 464
실시예 C-1 HT-2 - 화합물 29 5.1 16.1 15.0 462
실시예 D-1 - ET02 화합물 61 5.0 15.7 15.1 463
실시예 E-1 HT-1 - 화합물 101 5.2 15.4 14.4 464
비교예 A-1 HT-1 - 비교예 화합물 c1 5.8 12.2 10.6 462
비교예 B-1 - ET01 비교예 화합물 c2 5.7 14.4 12.8 468
비교예 C-1 HT-2 - 비교예 화합물 c3 5.8 14.6 12.9 467
비교예 D-1 - ET02 비교예 화합물 c2 5.7 14.1 11.9 468
비교예 E-1 HT-1 - 비교예 화합물 c4 5.8 13.2 12.4 464
비교예 F-1 CBP 화합물 1 5.9 10.9 9.2 462
표 4의 비교예 F-1에서 호스트로 사용된 비교예 화합물은 하기와 같다.
Figure pat00105
표 4의 결과를 참조하면, 실시예 A-1 내지 E-1의 유기 전계 발광 소자는 460nm 이상 464nm 이하의 청색 파장 영역에서 발광하고, 구동 전압이 5.2V 이하, 효율이 15.4Cd/A 이상이며, 최대 양자 효율은 14.4% 이상 15.5%인 것을 확인할 수 있다.
비교예 A-1 내지 비교예 E-1의 유기 전계 발광 소자는 462nm 이상 468nm 이하의 청색 파장 영역에서 발광하고, 구동 전압이 5.7V 이상이며, 효율은 14.6Cd/A 이하이고, 최대 양자 효율이 10.6% 이상 12.9% 이하이다.
비교예 A-1 내지 비교예 E-1의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 도펀트로 비교예 화합물을 포함하여 실시예의 유기 전계 발광 소자에 비해, 높은 구동 전압, 낮은 효율, 및 낮은 최대 양자 효율 값을 가질 수 있다.
비교예 F-1의 유기 전계 발광 소자는 462nm의 청색 파장 영역에서 발광하고, 구동 전압이 5.9V이며, 효율은 10.9Cd/A이고, 최대 양자 효율이 9.2%이다.
비교예 F-1의 유기 전계 발광 소자는 발광층의 도펀트로 실시예 화합물을 포함하나 발광층의 호스트로 CBP를 포함하여, 실시예의 유기 전계 발광 소자에 비해 높은 구동 전압, 낮은 효율, 및 낮은 최대 양자 효율 값을 가질 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 실시예 화합물을 발광층에 포함하여 공지의 화합물 대비 낮은 구동 전압, 높은 발광 효율, 및 높은 최대 양자 효율을 가질 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 청구범위에 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 전극과 마주하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 유기층들을 포함하고,
    상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물; 및 하기 화학식 A로 표시되는 화합물과 하기 화학식 B로 표시되는 화합물 중 적어도 어느 하나; 를 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00106

    상기 화학식 1에서,
    X1, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 NAr3, O, 또는 S이고,
    Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    R1 내지 R3는 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 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    p는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    q는 0 또는 1이고,
    r은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    L1 내지 L3는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), *-O-*, *-S-*, *-Si(R11R12)-*, *-CR13R14-*, 또는 *-(CR15)(CR16)-*이고,
    R11 내지 R18은 각각 독립적으로, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고,
    a, b, 및 c는 각각 독립적으로, 0 또는 1이고,
    [화학식 A]
    Figure pat00107

    상기 화학식 A에서, Ra1 내지 Ra3는 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 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    [화학식 B]
    Figure pat00108

    상기 화학식 B에서, Arb1 내지 Arb3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00109

    [화학식 1-2]
    Figure pat00110

    [화학식 1-3]
    Figure pat00111

    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서,
    Ar31 및 Ar32는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    상기 X1, X4, Ar1, Ar2, L1 내지 L3, R1 내지 R3, a, b, c, p, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00112

    [화학식 2-2]
    Figure pat00113

    상기 화학식 2-1 및 화학식 2-2에서,
    상기 X1 내지 X4, L1 내지 L3, R1 내지 R3, a, b, c, p, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure pat00114

    상기 화학식 3에서,
    상기 X1 내지 X4, Ar1, Ar2, L1 내지 L3, R2, R3, a, b, c, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 X1 내지 X4는 각각 독립적으로, NAr3 또는 O인 유기 전계 발광 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 R2 및 R3는 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는 중수소 원자인 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유기층들은
    상기 제1 전극 상에 순차적으로 배치된 정공 수송 영역, 발광층, 전자 수송 영역을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 축합 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 발광층은 지연 형광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물, 상기 화학식 A로 표시되는 화합물, 및 상기 화학식 B로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 발광층은 청색 파장 영역의 광을 발광하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 축합 다환 화합물의 상기 축합 다환 화합물의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)와 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)의 차이(ΔEST) 값은 0.13eV 이하인 유기 전계 발광 소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00115
    Figure pat00116
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    Figure pat00172
    Figure pat00173
    Figure pat00174
    .
  13. 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00175

    상기 화학식 1에서,
    X1, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 NAr3, O, 또는 S이고,
    Ar1 내지 Ar3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    R1 내지 R3는 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 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이고,
    p는 0 이상 8 이하의 정수이고,
    q는 0 또는 1이고,
    r은 0 이상 4 이하의 정수이고,
    L1 내지 L3는 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), *-O-*, *-S-*, *-Si(R11R12)-*, *-CR13R14-*, 또는 *-(CR15)(CR16)-*이고,
    R11 내지 R18은 각각 독립적으로, 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기이고,
    a, b, 및 c는 각각 독립적으로, 0 또는 1이다.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00176

    [화학식 1-2]
    Figure pat00177

    [화학식 1-3]
    Figure pat00178

    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3에서,
    Ar31 및 Ar32는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    상기 X1, X4, Ar1, Ar2, L1 내지 L3, R1 내지 R3, a, b, c, p, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00179

    [화학식 2-2]
    Figure pat00180

    상기 화학식 2-1 및 화학식 2-2에서,
    상기 X1 내지 X4, L1 내지 L3, R1 내지 R3, a, b, c, p, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 3]
    Figure pat00181

    상기 화학식 3에서,
    상기 X1 내지 X4, Ar1, Ar2, L1 내지 L3, R2, R3, a, b, c, q, 및 r은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 X1 내지 X4는 각각 독립적으로, NAr3 또는 O인 축합 다환 화합물.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 R2 및 R3는 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는 중수소 원자인 축합 다환 화합물.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 축합 다환 화합물의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)와 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)의 차이(ΔEST) 값은 0.13eV 이하인 축합 다환 화합물.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나인 축합 다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00182
    Figure pat00183
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