KR20220021408A - 축합환 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 상기 유기 발광 소자를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

축합환 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 상기 유기 발광 소자를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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Abstract

하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시된 축합환 화합물, 상기 축합환 화합물을 포함한 유기 발광 소자 및 상기 유기 발광 소자를 포함한 전자 장치가 개시된다:
<화학식 1-1>
Figure pat00814

<화학식 1-2>
Figure pat00815

상기 화학식 1-1 및 1-2에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.

Description

축합환 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 상기 유기 발광 소자를 포함하는 전자 장치{Condensed cyclic compound, organic light emitting device including the condensed cyclic compound and electronic apparatus including the organic light emitting device}
본 발명은 축합환 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 상기 유기 발광 소자를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자(Organic light-emitting device)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일 예에 따르면, 유기 발광 소자는, 애노드, 캐소드 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 개재되고 발광층을 포함한 유기층 포함할 수 있다. 상기 애노드와 발광층 사이에는 정공 수송 영역이 구비될 수 있고, 상기 발광층과 캐소드 사이에는 전자 수송 영역이 구비될 수 있다. 상기 애노드로부터 주입된 정공은 정공 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
축합환 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 상기 유기 발광 소자를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는, 축합환 화합물이 제공된다:
<화학식 1-1>
Figure pat00001
<화학식 1-2>
Figure pat00002
<화학식 2-1>
Figure pat00003
<화학식 2-2>
Figure pat00004
<화학식 3>
Figure pat00005
상기 화학식 1-1 및 1-2 중,
CY1 내지 CY3는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
CY1 및 CY2 중 적어도 하나는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹이고,
X1은 O, S, Se, Te, N(R1a) 또는 C(R1a)(R1b)이고,
X2은 O, S, Se, Te, N(R2a) 또는 C(R2a)(R2b)이고,
Y1는 O, S, Se, Te, N(R3a) 또는 C(R3a)(R3b)이고,
Z1은 B, Al, Si(R4a), Ge(R4a), P, P(=O) 또는 P(=S)이고,
R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 서로 독립적으로 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C3-C60카보시클릭 그룹, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, -Si(Q1)(Q2)(Q3), -N(Q1)(Q2), -B(Q1)(Q2), -C(=O)(Q1), -S(=O)2(Q1) 또는 -P(=O)(Q1)(Q2);이고,
R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 선택적으로(optionally) 서로 결합하거나 단일 결합을 통하여, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C8-C60 폴리시클릭 그룹을 형성할 수 있고,
d1 내지 d3은 서로 독립적으로 0 내지 20의 정수 중 하나이고,
화학식 2-1 및 화학식 2-2 중,
CY11 및 CY12는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 그룹이고,
CY13의 점선으로 표시된 결합 중 하나는 CY1 또는 CY2의 실선으로 표시된 부분과의 결합 사이트이고,
상기 화학식 3 중,
CY4 내지 CY6는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
X4은 O, S, Se, Te, N(R5a) 또는 C(R5a)(R5b)이고,
X5은 O, S, Se, Te, N(R6a) 또는 C(R6a)(R6b)이고,
Z2은 B, Al, Si(R7a), Ge(R7a), P, P(=O) 또는 P(=S)이고,
상기 R5a 내지 R7a 및 R5b 내지 R6b은 서로 독립적으로 R1a에 대한 설명을 참조하고,
상기 R10a는,
중수소(-D), -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 또는 니트로기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, -Si(Q11)(Q12)(Q13), -N(Q11)(Q12), -B(Q11)(Q12), -C(=O)(Q11), -S(=O)2(Q11), -P(=O)(Q11)(Q12), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, 또는 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, -Si(Q21)(Q22)(Q23), -N(Q21)(Q22), -B(Q21)(Q22), -C(=O)(Q21), -S(=O)2(Q21), -P(=O)(Q21)(Q22), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, 또는 C6-C60아릴티오기; 또는
-Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31), 또는 -P(=O)(Q31)(Q32);이고,
상기 Q1 내지 Q3, Q11 내지 Q13, Q21 내지 Q23 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, 수소; 중수소; -F; -Cl; -Br; -I; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; C1-C60알킬기; C2-C60알케닐기; C2-C60알키닐기; C1-C60알콕시기; 또는 중수소, -F, 시아노기, C1-C60알킬기, C1-C60알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C3-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹;이다.
다른 측면에 따르면, 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되고, 발광층을 포함한, 중간층; 및 상기 축합환 화합물을 1종 이상 포함한, 유기 발광 소자가 제공된다.
다른 측면에 따르면, 상기 유기 발광 소자를 포함한, 전자 장치가 제공된다.
상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물을 포함하는 것에 의하여, 높은 색순도를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 모식도이다.
도 4는 각 에너지의 관계를 정성적으로 설명하는 설명도이다.
도 5는 축합환 화합물 R1 내지 R3에서 실측한 PL의 형광 발광 FWHM - 밀도함수법에 의해 계산된 재배치 에너지 (eV) 그래프이다.
상기 축합환 화합물은, 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시될 수 있다:
<화학식 1-1>
Figure pat00006
<화학식 1-2>
Figure pat00007
<화학식 2-1>
Figure pat00008
<화학식 2-2>
Figure pat00009
<화학식 3>
Figure pat00010
상기 화학식 1-1 및 1-2 중,
CY1 내지 CY3는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹일 수 있다.
CY1 및 CY2 중 적어도 하나는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹일 수 있다.
일 구현예에 따르면, CY1 내지 CY3는 서로 독립적으로, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 안트라센 그룹, 페난트렌 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 시클로펜타디엔 그룹, 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌(1,2,3,4-tetrahydronaphthalene) 그룹, 티오펜 그룹, 퓨란 그룹, 인돌 그룹, 벤조보롤 그룹, 벤조포스폴 그룹, 인덴 그룹, 벤조실롤 그룹, 벤조저몰 그룹, 벤조티오펜 그룹, 벤조셀레노펜 그룹, 벤조퓨란 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조보롤 그룹, 디벤조포스폴 그룹, 플루오렌 그룹, 디벤조실롤 그룹, 디벤조저몰 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 디벤조셀레노펜 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 5-옥사이드 그룹, 9H-플루오렌-9-온 그룹, 디벤조티오펜 5,5-다이옥사이드 그룹, 아자인돌 그룹, 아자벤조보롤 그룹, 아자벤조포스폴 그룹, 아자인덴 그룹, 아자벤조실롤 그룹, 아자벤조저몰 그룹, 아자벤조티오펜 그룹, 아자벤조셀레노펜 그룹, 아자벤조퓨란 그룹, 아자카바졸 그룹, 아자디벤조보롤 그룹, 아자디벤조포스폴 그룹, 아자플루오렌 그룹, 아자디벤조실롤 그룹, 아자디벤조저몰 그룹, 아자디벤조티오펜 그룹, 아자디벤조셀레노펜 그룹, 아자디벤조퓨란 그룹, 아자디벤조티오펜 5-옥사이드 그룹, 아자-9H-플루오렌-9-온 그룹, 아자디벤조티오펜 5,5-다이옥사이드 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 피리딘 그룹, 피리미딘 그룹, 피라진 그룹, 피리다진 그룹, 트리아진 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 페난트롤린 그룹, 피롤 그룹, 피라졸 그룹, 이미다졸 그룹, 트리아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이소옥사졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 티아디아졸 그룹, 벤조피라졸 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 벤조티아졸 그룹, 벤조옥사디아졸 그룹, 벤조티아디아졸 그룹, 5,6,7,8-테트라히드로이소퀴놀린(5,6,7,8-tetrahydroisoquinoline) 그룹, 5,6,7,8-테트라히드로퀴놀린(5,6,7,8-tetrahydroquinoline) 그룹 또는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹일 수 있고,
CY1 및 CY2 중 적어도 하나는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 조건 1 내지 3 중 적어도 하나를 만족할 수 있다:
[조건 1]
CY1은 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹임
[조건 2]
CY2은 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹임
[조건 3]
CY1 및 CY2는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹임.
일 구현예에 따르면, CY1 내지 CY3 중 임의의 2 그룹이 동일할 수 있다.
일 구현예에 따르면, CY3은 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 디벤조 실롤 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조티오펜 그룹 또는 디벤조퓨란 그룹일 수 있다.
X1은 O, S, Se, Te, N(R1a) 또는 C(R1a)(R1b)일 수 있다.
X2은 O, S, Se, Te, N(R2a) 또는 C(R2a)(R2b)일 수 있다.
Y1는 O, S, Se, Te, N(R3a) 또는 C(R3a)(R3b)일 수 있다.
Z1은 B, Al, Si(R4a), Ge(R4a), P, P(=O) 또는 P(=S)일 수 있다.
일 구현예에 따르면, X1은 O이고, X2는 O이거나;
X1은 S이고, X2는 S이거나;
X1은 Se이고, X2는 Se이거나;
X1은 Te이고, X2는 Te이거나;
X1은 N(R1a)이고, X2는 N(R2a)이거나; 또는
X1은 C(R1a)(R1b)이고, X2는 C(R2a)(R2b)일 수 있다.
일 구현예에 따르면, X1 및 X2는 동일할 수 있다.
R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 서로 독립적으로 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C3-C60카보시클릭 그룹, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, -Si(Q1)(Q2)(Q3), -N(Q1)(Q2), -B(Q1)(Q2), -C(=O)(Q1), -S(=O)2(Q1) 또는 -P(=O)(Q1)(Q2);일 수 있다.
R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 선택적으로(optionally) 서로 결합하거나 단일 결합을 통하여, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C8-C60 폴리시클릭 그룹을 형성할 수 있다.
d1 내지 d3은 서로 독립적으로 0 내지 20의 정수 중 하나일 수 있다.
화학식 2-1 및 화학식 2-2 중,
CY11 및 CY12는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 그룹일 수 있다.
CY13의 점선으로 표시된 결합 중 하나는 CY1 또는 CY2의 실선으로 표시된 부분과의 결합 사이트일 수 있다.
일 구현예에 따르면, CY11 및 CY12는 서로 독립적으로, 벤젠 그룹 또는 상기 화학식 3로 표시되는 그룹일 수 있다.
상기 화학식 3 중,
CY4 내지 CY6는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹일 수 있다.
X4은 O, S, Se, Te, N(R5a) 또는 C(R5a)(R5b)일 수 있다.
X5은 O, S, Se, Te, N(R6a) 또는 C(R6a)(R6b)일 수 있다.
Z2은 B, Al, Si(R7a), Ge(R7a), P, P(=O) 또는 P(=S)일 수 있다.
상기 R5a 내지 R7a 및 R5b 내지 R6b은 서로 독립적으로 본 명세서 내의 R1a에 대한 설명을 참조한다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹은 하기 화학식 2-11 내지 2-22 중 하나로 표시되는 그룹일 수 있다:
Figure pat00011
Figure pat00012
상기 화학식 2-11 내지 2-22 중,
상기 X31, X32 및 Z31에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 설명을 참조하고,
상기 CY13의 점선으로 표시된 결합 중 하나는 CY1 또는 CY2의 실선으로 표시된 부분과의 결합 사이트이다.
일 구현예에 따르면, 화학식 1-1 중
Figure pat00013
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-1 내지 3-8 중 하나로 표시되고,
화학식 1-1 중
Figure pat00014
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-1 내지 4-8 중 하나로 표시되되, 상기
Figure pat00015
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-8이고,
Figure pat00016
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-8인 경우는 제외될 수 있다:
Figure pat00017
Figure pat00018
상기 화학식 3-1 내지 3-8 및 4-1 내지 4-8 중,
CY11 및 CY12에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 설명을 참조하고,
CY21 및 CY22에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 CY11을 참조하고,
R11 및 R12에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 R1에 대한 설명을 참조하고,
R21 및 R22에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 R2에 대한 설명을 참조하고,
d11, d12, d21 및 d22는 서로 독립적으로, 0 내지 10의 정수 중 하나일 수 있고,
d13 및 d23은 서로 독립적으로, 0 내지 2의 정수 중 하나일 수 있고,
*1은 화학식 1-1 중 X1과의 결합 사이트일 수 있고,
*'1은 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있고,
*2은 화학식 1-1 중 X2와의 결합 사이트일 수 있고,
*'2는 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 화학식 1-2 중
Figure pat00019
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-11 내지 3-16 중 하나로 표시되고, 화학식 1-2 중
Figure pat00020
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-11 내지 4-16 중 하나로 표시되되,
Figure pat00021
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-16이고,
Figure pat00022
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-16인 경우는 제외될 수 있다:
Figure pat00023
Figure pat00024
상기 화학식 3-11 내지 3-16 및 4-11 내지 4-16 중,
CY11 및 CY12에 대한 설명은 각각 본 명세서에 기재된 바를 참조하고,
CY21 및 CY22에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 CY11을 참조하고,
R11 및 R12에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 R1에 대한 설명을 참조하고,
R21 및 R22에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 R2에 대한 설명을 참조하고,
d11, d12, d21 및 d22는 서로 독립적으로, 0 내지 10 의 정수 중 하나일 수 있고,
d14 및 d24는 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중 하나일 수 있고,
*1은 화학식 1-2 중 X1과의 결합 사이트일 수 있고,
*'1은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있고,
*''1은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트일 수 있고,
*2은 화학식 1-2 중 X2과의 결합 사이트일 수 있고,
*'2은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있고,
*''2은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1-1 또는 화학식 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 5-12 및 화학식 6-1 내지 6-12 중 하나로 표시될 수 있다:
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
상기 화학식 5-1 내지 5-12 및 6-1 내지 6-12 중,
R11 내지 R13에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 R1에 대한 설명을 참조하고,
R21 내지 R23 및 R26 내지 R28에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 R2에 대한 설명을 참조하고,
R31에 대한 설명은 본 명세서 내의 R3에 대한 설명을 참조하고,
d11, d15, d21, d26 및 d28은 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중 하나일 수 있고,
d12, d14, d22, d24 및 d27는 서로 독립적으로, 0 내지 4의 정수 중 하나일 수 있고,
d13, d23 및 d25은 서로 독립적으로, 0 내지 2의 정수 중 하나일 수 있고,
d31는 0 내지 20의 정수 중 하나일 수 있고,
Y2에 대한 설명은 본 명세서 내의 Y1에 대한 설명을 참조하고,
CY3, X1, X2, Y1, Z1, X31, X32 및 Z31에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 설명을 참조한다.
일 구현예에 따르면, 화학식 1-1 중
Figure pat00029
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-1(1) 내지 3-10(1) 중 하나로 표시되고,
화학식 1-1 중
Figure pat00030
로 표시되는 모이어티는 하기 화학식 4-1(1) 내지 4-10(1) 중 하나로 표시되되,
상기
Figure pat00031
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-10(1)로 표시되고, 상기
Figure pat00032
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-10(1)로 표시되는 경우는 제외될 수 있다:
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
상기 화학식 3-1(1) 내지 3-10(1) 및 4-1(1) 내지 4-10(1) 중,
R11 내지 R13는 각각 본 명세서 내의 R1에 대한 설명을 참조하고,
R21 내지 R23는 각각 본 명세서 내의 R2에 대한 설명을 참조하고,
*1은 화학식 1-1 중 X1과의 결합 사이트일 수 있고,
*'1은 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있고,
*2은 화학식 1-1 중 X2와의 결합 사이트일 수 있고,
*'2는 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 화학식 1-2 중
Figure pat00037
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-11(1) 내지 3-16(1) 중 하나로 표시되고,
화학식 1-2 중
Figure pat00038
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-11(1) 내지 4-16(1) 중 하나로 표시되되,
상기
Figure pat00039
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-16(1)로 표시되고, 상기
Figure pat00040
로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-16(1)로 표시되는 경우는 제외될 수 있다:
Figure pat00041
Figure pat00042
상기 화학식 3-11(1) 내지 3-16(1) 및 4-11(1) 내지 4-16(1) 중,
R11 및 R12는 각각 본 명세서 내의 R1에 대한 설명을 참조하고,
R21 및 R22는 각각 본 명세서 내의 R2에 대한 설명을 참조하고,
*1은 화학식 1-2 중 X1과의 결합 사이트일 수 있고,
*'1은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있고,
*''1은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트일 수 있고,
*2은 화학식 1-2 중 X2과의 결합 사이트일 수 있고,
*'2은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트일 수 있고,
*''2은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1-1 및 1-2 중
Figure pat00043
로 표시되는 그룹은 하기 화학식 7-1 내지 7-3 중 하나로 표시될 수 있다:
Figure pat00044
상기 화학식 7-1 내지 7-3 중,
*은 화학식 1 중 X1과의 결합 사이트일 수 있고,
*'은 화학식 1 중 Z1과의 결합 사이트일 수 있고,
*''은 화학식 1 중 X2과의 결합 사이트일 수 있고,
X3은 O, S, Se, Te, N(R31) 또는 C(R31)(R32)일 수 있고,
R31 및 R32에 대한 설명은 각각 본 명세서 내의 R3에 대한 설명을 참조한다.
일 구현예에 따르면, R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, C1-C20알킬기, 또는 C1-C20알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CF3, -CF2H, -CFH2, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, C1-C10알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 아다만타닐기(adamantanyl), 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기, 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 또는 이의 임의의 조합으로 치환된, C1-C20알킬기 또는 C1-C20알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CF3, -CF2H, -CFH2, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 아다만타닐기(adamantanyl), 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기, 페닐기, 비페닐기, C1-C10알킬페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피롤일기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 이소인돌일기, 인돌일기, 인다졸일기, 푸리닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 카바졸일기, 페난트롤리닐기, 벤조이미다졸일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아지닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기, 아자카바졸일기, 아자디벤조퓨라닐기, 아자디벤조티오페닐기, 아자플루오레닐기, 아자디벤조실롤일기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -P(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31), -P(=O)(Q31)(Q32), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 아다만타닐기(adamantanyl), 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기, 페닐기, 비페닐기, C1-C10알킬페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피롤일기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 이소인돌일기, 인돌일기, 인다졸일기, 푸리닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 카바졸일기, 페난트롤리닐기, 벤조이미다졸일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아지닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기, 아자카바졸일기, 아자디벤조퓨라닐기, 아자디벤조티오페닐기, 아자플루오레닐기, 또는 아자디벤조실롤일기; 또는
-Si(Q1)(Q2)(Q3), -N(Q1)(Q2), -B(Q1)(Q2), -C(=O)(Q1), -S(=O)2(Q1), 또는 -P(=O)(Q1)(Q2);일 수 있고,
Q1 내지 Q3 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로,
-CH3, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CH2CH3, -CH2CD3, -CH2CD2H, -CH2CDH2, -CHDCH3, -CHDCD2H, -CHDCDH2, -CHDCD3, -CD2CD3, -CD2CD2H 또는 -CD2CDH2; 또는
중수소, C1-C10알킬기, 페닐기, 비페닐기 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 페닐기, 나프틸기 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 또는 디벤조티오페닐기;일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 수식 1을 만족할 수 있다:
<수식 1>
ER = [E(S0 @ S1)]- [E(S0 @ S0)] ≤0.1 eV
ER은 상기 축합환 화합물의 재배치 에너지(Reorganization energy)를 의미하고, [E(S0@S1)]은 상기 축합환 화합물의 여기 일중항 상태(S1)의 안정 구조의 기저 상태 에너지를 의미하고, [E(S0@S0)]은 상기 축합환 화합물의 기저 상태(S0)의 안정 구조의 기저 상태 에너지를 의미한다.
상기 안정 구조와 에너지는 Gaussian 16 (Gaussian Inc.) 을 이용하여 계산되며, 이에 대한 자세한 계산 방법은 본 명세서 내의 기재를 참조한다. 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 화합물 1 내지 102, 201 내지 203, 301 내지 369, 401 내지 413 및 501 내지 532 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다:
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
Figure pat00066
Figure pat00067
Figure pat00068
Figure pat00069
Figure pat00070
상기 화합물 1 내지 102, 201 내지 203, 301 내지 369, 401 내지 413 및 501 내지 532 중, Ph는 페닐기를 나타낸다.
본 명세서 내의 "R10a"는,
중수소(-D), -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 또는 니트로기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, -Si(Q11)(Q12)(Q13), -N(Q11)(Q12), -B(Q11)(Q12), -C(=O)(Q11), -S(=O)2(Q11), -P(=O)(Q11)(Q12), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, 또는 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, -Si(Q21)(Q22)(Q23), -N(Q21)(Q22), -B(Q21)(Q22), -C(=O)(Q21), -S(=O)2(Q21), -P(=O)(Q21)(Q22), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, 또는 C6-C60아릴티오기; 또는
-Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31), 또는 -P(=O)(Q31)(Q32);이고,
상기 Q1 내지 Q3, Q11 내지 Q13, Q21 내지 Q23 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, 수소; 중수소; -F; -Cl; -Br; -I; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; C1-C60알킬기; C2-C60알케닐기; C2-C60알키닐기; C1-C60알콕시기; 또는 중수소, -F, 시아노기, C1-C60알킬기, C1-C60알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C3-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹;이다.
본원의 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 전자 공여성을 갖는 질소 원자 (N)과 전자 수용성을 갖는 붕소 원자 (B)을 갖고, 상기 원자 사이의 다중공명 (Multiple resonance)이 더욱 활성화되어 분자 내 전자의 비편재화(delocalization)가 확대된 구조를 갖는다. 또한, 상기 배치에 의한 전자적 효과에 더불어, 구조적으로도 안정하여 발광 스펙트럼 폭을 넓히는 원인이 되는 기저 상태 (S0) 및 첫째 여기 일중항 상태 (S1) 사이의 분자 구조 변화가 억제된다. 그 결과, 상기 축합환 화합물은 스펙트럼 폭이 좁은 높은 색순도의 발광, 특히, 스펙트럼이 좁은 고순도의 청색 발광을 방출할 수 있다.
또한, 상기 축합환 화합물은 상기 화합물 2-1 또는 2-2로 표시되는 부분 구조를 적어도 하나 포함할 수 있다. 이에 따라서, 상기 배치에 의한 전자적 효과는 형광 발광 강도의 지표가 되는 첫째 여기 일중항 상태 (S1)의 안정 구조의 진동자 강도 f (이하 "진동자 강도 f"이라고도 함)을 더 높이는 데에도 기여하기 때문에 높은 색순도와 함께 충분한 발광 효율도 실현될 수 있다.
따라서, 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시된 축합환 화합물을 채용한 발광 소자, 예를 들면, 유기 발광 소자는, 저구동 전압, 높은 최대 양자 효율, 고효율 및 장수명을 가질 수 있다.
상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물의 합성 방법은 후술하는 실시예를 참조하여 당업자가 인식할 수 있다.
상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물 중 적어도 하나는 발광 소자(예를 들면, 유기 발광 소자)에 사용될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 축합환 화합물을 1종 이상 포함한 조성물이 제공된다.
일 구현예에 따르면, 상기 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 용매는 대기압 (101.3kPa, 1atm)에서 비점이 100 ℃ 이상 350 ℃ 이하인 용매일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 용매의 대기압에서의 비점은 150 ℃ 이상 320 ℃ 이하, 예를 들어 180 ℃ 이상 300 ℃ 이하일 수 있다.
용매의 대기압에서의 비점이 상기 범위이면, 습식 성막법, 특히 잉크젯 법에 있어서의 성막성이나 공정성이 향상될 수 있다.
대기압에서의 비점이 100 ℃ 이상 350 ℃ 이하인 용매는 특별히 제한되지 않고, 공지의 용제를 적절히 채용할 수 있다. 다음에, 대기압에서 끓는점이 100 ℃ 이상 350℃ 이하인 용제를 나열하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니하다.
탄화수소계 용제로는 옥탄(octane), 노난(nonane), 데칸(decane), 운데칸 (undecane) 또는 도데칸 (dodecane)을 들 수있다. 방향족 탄화수소계 용제로 톨루엔 (toluene), 자일렌 (xylene), 에틸벤젠 (ethylbenzene), n-프로필벤젠 (n-propylbenzene) 또는 iso-프로필벤젠(1-butylbenzoate)을 들 수 있다. 니트릴계 용매로는 벤조니트릴 (benzonitrile) 또는 3-메틸벤조니트릴(3-methylbenzonitrile)을 들 수 있다. 아미드계 용매로는 디메틸 포름아미드 (dimethylformamide), 디메틸 아세트아미드 (dimethylacetamide) 또는 N-메틸피롤리돈 (methylpyrrolidone)을 들 수 있다. 이러한 용매는 단독 또는 두 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되고, 발광층을 포함한, 중간층; 및 상기 축합환 화합물을 1종 이상 포함한, 유기 발광 소자가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 상기 제1전극이 애노드이고, 상기 제2전극이 캐소드이고, 상기 중간층은 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 개재된 전자 수송 영역을 더 포함하고, 상기 정공 수송 영역은, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광 보조층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 전자 수송 영역은, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광층은 상기 축합환 화합물을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함하고,
상기 호스트와 상기 도펀트는 서로 상이하고,
상기 호스트의 함량은 상기 도펀트의 함량보다 크고,
상기 도펀트에 상기 축합환 화합물이 포함되어 있을 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광층은 센서타이저를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 센서타이저는 유기 금속 화합물일 수 있으며, 예를 들어, 상기 센서타이저는 Pt를 중심금속으로 포함하는 유기금속 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 자세한 센서타이저에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
다른 구현예에 따르면, 상기 발광층이 호스트 및 발광 도펀트를 더 포함하고, 상기 축합환 화합물이 센서타이저일 수 있다. 이때, 상기 발광층 중 호스트의 함량이 상기 발광 도펀트 및 센서타이저의 함량의 총 함량보다 크다. 호스트에 관한 내용은 후술하는 내용을 참고한다. 상기 축합환 화합물을 센서타이저로 사용함으로써, 삼중항으로 전달된 에너지는 일중항으로 역항간 교차하여, 그 다음 축합환 화합물의 일중항 에너지가 Fㆆrster 에너지 전이를 통해 도펀트로 전이되도록 함으로써, 유기 발광 소자의 효율 및 수명을 동시에 향상시킬 수도 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광층이 청색광 또는 청록색광을 방출할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광층이 최대 발광 파장 범위가 400nm 내지 500nm 범위의 광을 방출할 수 있다.
본 명세서 중 "(중간층이) 축합환 화합물을 포함한다"란, "(중간층이) 상기 화학식 1-1 또는 1-2의 범주에 속하는 1종의 축합환 화합물 또는 상기 화학식 1-1 또는 1-2의 범주에 속하는 서로 다른 2종 이상의 축합환 화합물을 포함할 수 있다"로 해석될 수 있다.
예를 들어, 상기 중간층은, 상기 축합환 화합물로서, 상기 화합물 1만을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 화합물 1은 상기 유기 발광 소자의 발광층에 존재할 수 있다. 또는, 상기 중간층은 상기 축합환 화합물로서, 상기 화합물 1과 화합물 2를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 화합물 1과 화합물 2는 동일한 층에 존재(예를 들면, 상기 화합물 1과 화합물 2는 모두 발광층에 존재할 수 있음)하거나, 서로 다른 층에 존재(예를 들면, 상기 화합물 1은 발광층에 존재하고 상기 화합물 2는 전자 수송 영역에 존재할 수 있음)할 수 있다.
본 명세서 중 "중간층"은 상기 발광 소자 중 제1전극과 제2전극 사이에 배치된 단일 및/또는 복수의 모든 층을 가리키는 용어이다.
본 명세서 중 "센서타이저"는 중간층(예를 들어, 발광층)에 포함되고, 발광 도펀트 화합물에게 여기 에너지를 전달하는 역할을 하는 화합물을 의미한다.
또 다른 측면에 따르면, 상술한 바와 같은 유기 발광 소자를 포함한 전자 장치가 제공된다.
상기 전자 장치에 대한 보다 상세한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
도 1에 대한 설명
도 1은 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(10)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1의 유기 발광 소자(10)는 기판(1), 제1전극(2), 상기 제1전극(2)에 대향된 제2전극(6) 및 상기 제1전극(2)과 상기 제2전극(6) 사이에 배치된 발광층(4)을 포함한다.
상기 제1전극(2)과 상기 발광층(4) 사이에는 정공 수송 영역(3)이 배치되어 있고, 상기 발광층(4)과 상기 제2전극(6) 사이에는 전자 수송 영역(5)이 배치되어 있다.
상기 제1전극(2) 하부 또는 제2전극(6) 상부에는 기판(1)이 추가로 배치될 수 있다. 상기 기판으로는, 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
[제1전극(2)]
상기 제1전극(2)은 예를 들면, 기판 상부에, 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(2)은 애노드일 수 있다. 상기 제1전극용 물질은 정공 주입이 용이하도록 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1전극(2)은 반사형 전극, 반투과형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 투과형 전극인 제1전극(2)을 형성하기 위하여, 제1전극용 물질은, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는, 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 제1전극(2)을 형성하기 위하여, 제1전극용 물질은, 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극(2)은 단일층 또는 2 이상의 층을 포함한 다층 구조를 가질 수 있다.
[발광층(4)]
상기 발광층(4)은 단일 물질로 이루어진 단일층일 수 있고, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층일 수 있다. 또한, 발광층은 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 여러 층을 갖는 다층 구조일 수 있다.
상기 발광층(4)은 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 100Å 내지 약 300Å일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 유기 발광 소자의 발광층은 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물 이외에, 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디히드로 벤조안트라센 유도체, 트리페닐렌 유도체 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 유기 발광 소자의 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 호스트는 1종의 호스트로 이루어질 수 있다. 상기 호스트가 1종의 호스트로 이루어진 경우, 상기 1종의 호스트는 후술하는 양쪽성 호스트, 전자 수송성 호스트 및 정공 수송성 호스트 중에서 선택될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 호스트의 HOMO 에너지 레벨은 -5.2 eV 이하일 수 있고, 상기 호스트의 LUMO 에너지 레벨은 -1.4 eV 이하일 수 있다. HOMO 및 LUMO이 낮고, 전자 수송성이 높은 호스트 재료를 이용하여 유기 발광 소자, 특히 청색의 유기 발광 소자는 구동 내구성이 향상되는 등의 이점을 가질 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 호스트는 2종 이상의 서로 상이한 호스트의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 호스트는 전자 수송성 호스트 및 정공 수송성 호스트의 혼합물, 서로 상이한 2종의 전자 수송성 호스트의 혼합물 또는 서로 상이한 2종의 정공 수송성 호스트의 혼합물일 수 있다. 상기 전자 수송성 호스트 및 정공 수송성 호스트에 관한 설명은 후술하는 바를 참조한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 호스트는 전자 수송성 모이어티를 적어도 하나 포함한 전자 수송성 호스트 및 전자 수송성 모이어티를 비포함한 정공 수송성 호스트를 포함할 수 있다.
본 명세서 중 전자 수송성 모이어티는, 시아노기, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹 및 하기 화학식 중 하나로 표시된 그룹 중에서 선택될 수 있다:
Figure pat00071
상기 화학식 중 *, *' 및 *"은 각각 이웃한 임의의 원자와의 결합 사이트이다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광층(4) 중 전자 수송성 호스트는 시아노기 및 π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광층(4) 중 전자 수송성 호스트는 적어도 하나의 시아노기를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광층(4) 중 전자 수송성 호스트는 적어도 하나의 시아노기 및 적어도 하나의 π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 호스트는 전자 수송성 호스트 및 정공 수송성 호스트를 포함하고, 상기 전자 수송성 호스트는 적어도 하나의 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹 및 적어도 하나의 전자 수송성 모이어티를 포함하고, 상기 정공 수송성 호스트는 적어도 하나의 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹을 포함하고, 전자 수송성 모이어티를 비포함할 수 있다.
본 명세서 중 "π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹"이란 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 시클릭 그룹으로서, 예를 들면, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리다진 그룹, 피리미딘 그룹, 인다졸 그룹, 푸린(purine) 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹; 및 2 이상의 상기 π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹의 축합환 중에서 선택될 수 있다.
한편, 상기 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹은 벤젠 그룹, 헵탈렌 그룹, 인덴 그룹, 나프탈렌 그룹, 아줄렌 그룹, 인다센 그룹, 아세나프틸렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-바이플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타센 그룹, 헥사센 그룹, 펜타센 그룹, 루비센 그룹, 코로젠 그룹, 오발렌 그룹, 피롤 그룹, 이소인돌 그룹, 인돌 그룹, 퓨란 그룹, 티오펜 그룹, 벤조퓨란 그룹, 벤조티오펜 그룹, 벤조카바졸 그룹, 디벤조카바졸 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 디벤조티오펜 설폰(dibenzothiophene sulfone) 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조실롤 그룹, 인데노카바졸 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 벤조퓨로카바졸 그룹, 벤조티에노카바졸 그룹 및 트라이인돌로벤젠 그룹; 및 2 이상의 상기 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹의 축합환 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 실시예에 다르면, 상기 전자 수송성 호스트는 하기 화학식 E-1로 표시된 화합물 중에서 선택되고,
상기 정공 수송성 호스트가 하기 화학식 H-1로 표시된 화합물 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 E-1>
[Ar301]xb11-[(L301)xb1-R301]xb21
상기 화학식 E-1 중,
Ar301은 치환 또는 비치환된 C5-C60카보시클릭 그룹 및 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹 중에서 선택되고,
xb11은 1, 2 또는 3이고,
L301은 서로 독립적으로, 단일 결합, 하기 화학식 중 하나로 표시된 그룹, 치환 또는 비치환된 C5-C60카보시클릭 그룹 및 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹 중에서 선택되고, 상기 화학식 중 *, *' 및 *"은 각각 이웃한 임의의 원자와의 결합 사이트이고,
Figure pat00072
xb1는 1 내지 5의 정수 중에서 선택되고,
R301은, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q301)(Q302)(Q303), -N(Q301)(Q302), -B(Q301)(Q302), -C(=O)(Q301), -S(=O)2(Q301), -S(=O)(Q301), -P(=O)(Q301)(Q302) 및 -P(=S)(Q301)(Q302)중에서 선택되고,
xb21는 1 내지 5의 정수 중에서 선택되고,
Q301 내지 Q303는 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택되고,
하기 <조건 H-1> 내지 <조건 H-3> 중 적어도 하나를 만족한다:
<조건 H-1>
상기 화학식 E-1의 Ar301, L301 및 R301 중 적어도 하나가 서로 독립적으로, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹을 포함함
<조건 H-2>
상기 화학식 E-1의 L301은 하기 화학식 중 하나로 표시된 그룹임
Figure pat00073
<조건 H-3>
상기 화학식 E-1의 R301은, 시아노기, -S(=O)2(Q301), -S(=O)(Q301), -P(=O)(Q301)(Q302) 및 -P(=S)(Q301)(Q302)중에서 선택됨
<화학식 H-1>
Ar401-(L401)xd1-(Ar402)xd11
Figure pat00074
상기 화학식 H-1, 11 및 12 중,
L401은,
단일 결합; 및
중수소, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 트리페닐레닐기, 비페닐기, 터페닐기, 테트라페닐기 및 -Si(Q401)(Q402)(Q403) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 벤젠 그룹, 헵탈렌 그룹, 인덴 그룹, 나프탈렌 그룹, 아줄렌 그룹, 인다센 그룹, 아세나프틸렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-바이플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타센 그룹, 헥사센 그룹, 펜타센 그룹, 루비센 그룹, 코로젠 그룹, 오발렌 그룹, 피롤 그룹, 이소인돌 그룹, 인돌 그룹, 퓨란 그룹, 티오펜 그룹, 벤조퓨란 그룹, 벤조티오펜 그룹, 벤조카바졸 그룹, 디벤조카바졸 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 디벤조티오펜 설폰(dibenzothiophene sulfone) 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조실롤 그룹, 인데노카바졸 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 벤조퓨로카바졸 그룹, 벤조티에노카바졸 그룹 및 트라이인돌로벤젠 그룹;
중에서 선택되고,
xd1은 1 내지 10의 정수 중에서 선택되고, xd1이 2 이상일 경우 2 이상의 L401은 서로 동일하거나 상이하고,
Ar401은 상기 화학식 11 및 12로 표시되는 그룹 중에서 선택되고,
Ar402는,
상기 화학식 11 및 12로 표시되는 그룹, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 트리페닐레닐기; 및
중수소, 히드록실기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 트리페닐레닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 트리페닐레닐기;
중에서 선택되고,
CY401 및 CY402는 서로 독립적으로, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 카바졸 그룹, 벤조카바졸 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 디벤조실롤 그룹, 벤조나프토퓨란 그룹, 벤조나프토티오펜 그룹, 벤조나프토실롤 그룹 중에서 선택되고,
A21은 단일 결합, O, S, N(R51), C(R51)(R52) 및 Si(R51)(R52) 중에서 선택되고,
A22는 단일 결합, O, S, N(R53), C(R53)(R54) 및 Si(R53)(R54) 중에서 선택되고,
화학식 12의 A21 및 A22 중 적어도 하나는 단일 결합이 아니고,
R51 내지 R54, R60 및 R70은 서로 독립적으로,
수소, 중수소, 히드록실기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C20알킬기 및 C1-C20알콕시기;
중수소, 히드록실기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20알킬기 및 C1-C20알콕시기;
π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹(예를 들면, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 트리페닐레닐기);
중수소, 히드록실기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기 및 비페닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹(예를 들면, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 트리페닐레닐기); 및
-Si(Q404)(Q405)(Q406);
중에서 선택되고,
e1 및 e2는 서로 독립적으로, 0 내지 10 중에서 선택된 정수이고,
상기 Q401 내지 Q406은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 히드록실기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 트리페닐레닐기 중에서 선택되고,
*는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 E-1 중, Ar301 및 L301은 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기, 시아노-함유 나프틸기, 피리디닐기, 페닐피리디닐기, 디페닐피리디닐기, 비페닐피리디닐기, 디(비페닐)피리디닐기, 피라지닐기, 페닐피라지닐기, 디페닐피라지닐기, 비페닐피라지닐기, 디(비페닐)피라지닐기, 피리다지닐기, 페닐피리다지닐기, 디페닐피리다지닐기, 비페닐피리다지닐기, 디(비페닐)피리다지닐기, 피리미디닐기, 페닐피리미디닐기, 디페닐피리미디닐기, 비페닐피리미디닐기, 디(비페닐)피리미디닐기, 트리아지닐기, 페닐트리아지닐기, 디페닐트리아지닐기, 비페닐트리아지닐기, 디(비페닐)트리아지닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리다진 그룹, 피리미딘 그룹, 인다졸 그룹, 푸린(purine) 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹 중에서 선택되고,
xb1개의 L301 중 적어도 하나는, 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기, 시아노-함유 나프틸기, 피리디닐기, 페닐피리디닐기, 디페닐피리디닐기, 비페닐피리디닐기, 디(비페닐)피리디닐기, 피라지닐기, 페닐피라지닐기, 디페닐피라지닐기, 비페닐피라지닐기, 디(비페닐)피라지닐기, 피리다지닐기, 페닐피리다지닐기, 디페닐피리다지닐기, 비페닐피리다지닐기, 디(비페닐)피리다지닐기, 피리미디닐기, 페닐피리미디닐기, 디페닐피리미디닐기, 비페닐피리미디닐기, 디(비페닐)피리미디닐기, 트리아지닐기, 페닐트리아지닐기, 디페닐트리아지닐기, 비페닐트리아지닐기, 디(비페닐)트리아지닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리다진 그룹, 피리미딘 그룹, 인다졸 그룹, 푸린(purine) 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹 중에서 선택되고,
R301은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 테트라페닐기, 나프틸기, 시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기, 시아노-함유 테트라페닐기, 시아노-함유 나프틸기, 피리디닐기, 페닐피리디닐기, 디페닐피리디닐기, 비페닐피리디닐기, 디(비페닐)피리디닐기, 피라지닐기, 페닐피라지닐기, 디페닐피라지닐기, 비페닐피라지닐기, 디(비페닐)피라지닐기, 피리다지닐기, 페닐피리다지닐기, 디페닐피리다지닐기, 비페닐피리다지닐기, 디(비페닐)피리다지닐기, 피리미디닐기, 페닐피리미디닐기, 디페닐피리미디닐기, 비페닐피리미디닐기, 디(비페닐)피리미디닐기, 트리아지닐기, 페닐트리아지닐기, 디페닐트리아지닐기, 비페닐트리아지닐기, 디(비페닐)트리아지닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택되고,
Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 구현에에 따르면,
상기 Ar301은, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기, 시아노-함유 나프틸기, 피리디닐기, 페닐피리디닐기, 디페닐피리디닐기, 비페닐피리디닐기, 디(비페닐)피리디닐기, 피라지닐기, 페닐피라지닐기, 디페닐피라지닐기, 비페닐피라지닐기, 디(비페닐)피라지닐기, 피리다지닐기, 페닐피리다지닐기, 디페닐피리다지닐기, 비페닐피리다지닐기, 디(비페닐)피리다지닐기, 피리미디닐기, 페닐피리미디닐기, 디페닐피리미디닐기, 비페닐피리미디닐기, 디(비페닐)피리미디닐기, 트리아지닐기, 페닐트리아지닐기, 디페닐트리아지닐기, 비페닐트리아지닐기, 디(비페닐)트리아지닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹; 및
하기 화학식 5-1 내지 5-3 및 화학식 6-1 내지 6-33으로 표시된 그룹;
중에서 선택되고,
상기 L301은 하기 화학식 5-1 내지 5-3 및 화학식 6-1 내지 6-33으로 표시된 그룹 중에서 선택될 수 있다:
Figure pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
상기 화학식 5-1 내지 5-3 및 6-1 내지 6-33 중,
Z1은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기, 시아노-함유 나프틸기, 피리디닐기, 페닐피리디닐기, 디페닐피리디닐기, 비페닐피리디닐기, 디(비페닐)피리디닐기, 피라지닐기, 페닐피라지닐기, 디페닐피라지닐기, 비페닐피라지닐기, 디(비페닐)피라지닐기, 피리다지닐기, 페닐피리다지닐기, 디페닐피리다지닐기, 비페닐피리다지닐기, 디(비페닐)피리다지닐기, 피리미디닐기, 페닐피리미디닐기, 디페닐피리미디닐기, 비페닐피리미디닐기, 디(비페닐)피리미디닐기, 트리아지닐기, 페닐트리아지닐기, 디페닐트리아지닐기, 비페닐트리아지닐기, 디(비페닐)트리아지닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택되고,
d4는 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
d3은 0, 1, 2 또는 3이고,
d2는 0, 1 또는 2이고,
* 및 *'은 각각 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
상기 Q31 내지 Q33에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 L301은 상기 화학식 5-2, 5-3 및 6-8 내지 6-33으로 표시된 그룹 중에서 선택될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 R301은 시아노기 및 하기 화학식 7-1 내지 7-18로 표시된 그룹 중에서 선택되고, xd11개의 Ar402 중 적어도 하나는 하기 화학식 7-1 내지 7-18로 표시된 그룹 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00079
Figure pat00080
상기 화학식 7-1 내지 7-18 중
xb41 내지 xb44는 0, 1 또는 2이되, 화학식 7-10 중 xb41은 0이 아니고, 화학식 7-11 내지 7-13 중 xb41 + xb42는 0이 아니고, 화학식 7-14 내지 7-16 중 xb41 + xb42 + xb43은 0이 아니고, 화학식 7-17 및 7-18 중 xb41 + xb42 + xb43 + xb44는 0이 아니고, *는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
상기 화학식 E-1 중 2 이상의 Ar301은 서로 동일하거나 상이하고, 2 이상의 L301은 서로 동일하거나 상이하고, 상기 화학식 H-1 중 2 이상의 L401은 서로 동일하거나 상이하고, 2 이상의 Ar402는 서로 동일하거나 상이하다.
일 구현예에 따르면, 상기 전자 수송성 호스트는 i) 시아노기, 피리미딘 그룹, 피라진 그룹 및 트리아진 그룹 중 적어도 하나 및 ii) 트리페닐렌 그룹을 포함하고, 상기 정공 수송성 호스트는 카바졸 그룹을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 전자 수송성 호스트는 적어도 하나의 시아노기를 포함할 수 있다.
상기 전자 수송성 호스트는 예를 들어, 그룹 HE1 내지 HE7 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<그룹 HE1>
Figure pat00081
Figure pat00082
Figure pat00083
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<그룹 HE2>
Figure pat00139
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<그룹 HE3>
Figure pat00210
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Figure pat00255
<그룹 HE4>
Figure pat00256
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Figure pat00266
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Figure pat00269
<그룹 HE5>
Figure pat00270
Figure pat00271
Figure pat00272
Figure pat00273
Figure pat00274
Figure pat00275
Figure pat00276
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Figure pat00278
Figure pat00279
Figure pat00280
Figure pat00281
<그룹 HE6>
Figure pat00282
Figure pat00283
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Figure pat00293
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Figure pat00295
Figure pat00296
Figure pat00297
Figure pat00298
<그룹 HE7>
Figure pat00299
Figure pat00300
Figure pat00301
Figure pat00302
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Figure pat00304
Figure pat00305
Figure pat00306
Figure pat00307
Figure pat00308
Figure pat00309
Figure pat00310
Figure pat00311
또는, 상기 전자 수송성 호스트는 DPEPO, mCBP-1CN 또는 mCBP-2CN를 포함할 수 있다:
Figure pat00312
Figure pat00313
또 다른 예로서, 상기 정공 수송성 호스트는 하기 화합물 H-H1 내지 H-H103 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00314
Figure pat00315
Figure pat00316
Figure pat00317
Figure pat00318
Figure pat00319
Figure pat00320
Figure pat00321
Figure pat00322
Figure pat00323
또 다른 예로서, 상기 양쪽성 호스트는 하기 그룹 HEH1 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<그룹 HEH1>
Figure pat00324
Figure pat00325
Figure pat00326
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Figure pat00328
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Figure pat00330
Figure pat00331
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Figure pat00335
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Figure pat00338
Figure pat00339
Figure pat00340
Figure pat00341
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Figure pat00343
Figure pat00344
Figure pat00345
Figure pat00346
Figure pat00347
Figure pat00348
Figure pat00349
Figure pat00350
상기 화합물 1 내지 432 중, Ph는 페닐기이다.
또는, 상기 정공 수송성 호스트는 하기 o-CBP를 포함할 수도 있다:
Figure pat00351
상기 호스트가 전자 수송성 호스트와 정공 수송성 호스트의 혼합물일 경우, 상기 전자 수송성 호스트 및 정공 수송성 호스트의 중량비는 1 : 9 내지 9 : 1, 예를 들면, 2 : 8 내지 8 : 2, 또 다른 예로서, 4 : 6 내지 6 : 4, 또 다른 예로서, 5:5의 범위 중에서 선택될 수 있다. 상기 전자 수송성 호스트 및 정공 수송성 호스트의 중량비가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 발광층(4) 내로의 정공 및 전자 수송 균형을 달성할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 호스트는 하기 TPBi, TBADN, ADN("DNA"라고도 함), CBP, CDBP, TCP, mCP, 화합물 H50 내지 화합물 H52 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
Figure pat00352
Figure pat00353
Figure pat00354
또는, 상기 호스트는 하기 화학식 301로 표시되는 화합물을 더 포함할 수 있다:
<화학식 301>
Figure pat00355
상기 화학식 301 중, Ar111 및 Ar112는 서로 독립적으로,
페닐렌기, 나프틸렌기, 페난트레닐렌기 및 파이레닐렌기; 및
페닐기, 나프틸기 및 안트라세닐기 중 하나 이상으로 치환된, 페닐렌기, 나프틸렌기, 페난트레닐렌기 및 파이레닐렌기;
중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 301 중 상기 Ar113 내지 Ar116은 서로 독립적으로,
C1-C10알킬기, 페닐기, 나프틸기, 페난트레닐기 및 파이레닐기; 및
페닐기, 나프틸기 및 안트라세닐기 중 하나 이상으로 치환된, 페닐기, 나프틸기, 페난트레닐기 및 파이레닐기;
중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 301 중 g, h, i 및 j는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수, 예를 들면, 0, 1 또는 2일 수 있다.
상기 화학식 301 중, Ar113 내지 Ar116은 서로 독립적으로,
페닐기, 나프틸기 및 안트라세닐기 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10알킬기;
페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 페난트레닐기 및 플루오레닐기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산 또는 이의 염, 술폰산 또는 이의 염, 인산 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 페난트레닐기 및 플루오레닐기 중 하나 이상으로 치환된, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 페난트레닐기 및 플루오레닐기; 및
Figure pat00356
;
중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또는, 상기 호스트는 하기 화학식 302로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:
<화학식 302>
Figure pat00357
상기 화학식 302 중 Ar122 내지 Ar125에 대한 상세한 설명은 상기 화학식 301의 Ar113에 대한 설명을 참조한다.
상기 화학식 302 중 Ar126 및 Ar127은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기)일 수 있다.
상기 화학식 302 중 k 및 l은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다. 예를 들어, 상기 k 및 l은 0, 1 또는 2일 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 풀 컬러 유기 발광 소자일 경우, 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 패터닝될 수 있다. 또는, 상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및/또는 청색 발광층이 적층된 구조를 가짐으로써, 백색광을 방출할 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.
상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도펀트는 상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 도펀트는 1,4-비스[2-(3-N-에틸카르바조릴)-비닐]벤젠 (BCzVB), 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤 (DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(디페닐아미노)스티릴)나프탈렌-2-일)비닐)페닐)-N-페닐벤젠아민 (N-BDAVBi), 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌 (TBP), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 센서타이저는 1주기 전이금속, 2주기 전이금속 및 3주기 전이금속 중에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 인광 센서타이저일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 센서타이저는 1주기 전이금속, 2주기 전이금속 및 3주기 전이금속 중에서 선택된 1종 이상의 금속(M11) 및 유기 리간드(L11)를 포함할 수 있고, L11 및 M11은 1, 2, 3 또는 4개의 시클로메탈화 고리(cyclometallated ring)를 형성할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 센서타이저는 하기 화학식 101로 표시되는 유기 금속 화합물을 포함할 수 있다:
<화학식 101>
M11(L11)n11(L12)n12
상기 화학식 101 중,
M11은 1주기 전이금속, 2주기 전이금속 및 3주기 전이금속 중에서 선택되고;
L11은 하기 화학식 1-1 내지 1-4로 표시되는 리간드이고;
L12는 1자리(monodentate) 리간드 및 2자리(bidentate) 리간드 중에서 선택되고;
n11은 1이고,
n12는 0, 1 및 2 중에서 선택되고;
Figure pat00358
상기 화학식 1-1 내지 1-4 중,
A1 내지 A4는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C5-C30카보시클릭 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C30헤테로시클릭 그룹 및 비고리형(non-cyclic) 그룹 중에서 선택되고,
Y11 내지 Y14는 서로 독립적으로, 화학 결합, O, S, N(R91), B(R91), P(R91) 또는 C(R91)(R92)이고,
T1 내지 T4는 서로 독립적으로, 단일 결합, 이중 결합, *-N(R93)-*', *-B(R93)-*', *-P(R93)-*', *-C(R93)(R94)-*', *-Si(R93)(R94)-*', *-Ge(R93)(R94)-*', *-S-*', *-Se-*', *-O-*', *-C(=O)-*', *-S(=O)-*', *-S(=O)2-*', *-C(R93)=*', *=C(R93)-*', *-C(R93)=C(R94)-*', *-C(=S)-*' 및 *-C≡C-*' 중에서 선택되고,
상기 치환된 C5-C30카보시클릭 그룹의 치환기, 치환된 C1-C30헤테로시클릭 그룹의 치환기 및 R91 내지 R94는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -SF5, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 방향족 헤테로축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q1)(Q2)(Q3), -Ge(Q1)(Q2)(Q3), -C(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2), -N(Q1)(Q2), -P(Q1)(Q2), -C(=O)(Q1), -S(=O)(Q1), -S(=O)2(Q1), -P(=O)(Q1)(Q2) 및 -P(=S)(Q1)(Q2) 중에서 선택되되, 상기 치환된 C5-C30카보시클릭 그룹의 치환기 및 치환된 C1-C30헤테로시클릭 그룹의 치환기는 수소가 아니고,
*1, *2, *3 및 *4는 M11과의 결합 사이트이고,
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C7-C60알킬아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, C2-C60알킬헤테로아릴기, C1-C60헤테로아릴옥시기, C1-C60헤테로아릴티오기, 1가 방향족 축합다환 그룹, 1가 방향족 헤테로축합다환 그룹, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, 중수소, -F, 시아노기, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 C1-C60알킬기 및 중수소, -F, 시아노기, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 C6-C60아릴기 중에서 선택된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 센서타이저는 하기 그룹 I 내지 VIII 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<그룹 I>
Figure pat00359
<그룹 II>
Figure pat00360
Figure pat00361
Figure pat00362
Figure pat00363
Figure pat00364
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Figure pat00369
<그룹 III>
Figure pat00370
Figure pat00371
Figure pat00372
Figure pat00373
Figure pat00374
Figure pat00375
Figure pat00376
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Figure pat00400
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Figure pat00420
<그룹 IV>
Figure pat00421
<그룹 V>
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Figure pat00423
<그룹 VI>
Figure pat00424
Figure pat00425
Figure pat00426
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Figure pat00435
<그룹 VII>
Figure pat00436
Figure pat00437
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Figure pat00441
.
<그룹 VIII>
Figure pat00442
Figure pat00443
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Figure pat00460
<그룹 IX>
Figure pat00461
Figure pat00462
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Figure pat00466
Figure pat00467
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Figure pat00469
Figure pat00470
Figure pat00471
예를 들어, 상기 센서타이저는 하기 화합물 Pt1일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다:
Figure pat00472
다른 실시예에 있어서, 상기 센서타이저는 하기 화학식 101 또는 102로 표시될 수 있고, 이 경우 상기 센서타이저는 지연 형광 센서타이저라고 부를 수 있다:
<화학식 101> <화학식 102>
Figure pat00473
Figure pat00474
상기 화학식 101 및 102 중,
A21은 억셉터기이고,
D21은 도너기이고,
m21은 1, 2 또는 3이고, n21은 1, 2, 또는 3이되,
상기 화학식 101 중 n21 및 m21의 합은 6 이하이고, 상기 화학식 102 중 n21 및 m21의 합은 5 이하이고;
R21은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -SF5, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C7-C60알킬아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알킬헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴티오기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q1)(Q2)(Q3), -Ge(Q1)(Q2)(Q3), -C(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2), -N(Q1)(Q2), -P(Q1)(Q2), -C(=O)(Q1), -S(=O)(Q1), -S(=O)2(Q1), -P(=O)(Q1)(Q2) 및 -P(=S)(Q1)(Q2) 중에서 선택되고, 복수개의 R21은 선택적으로(optionally), 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 C5-C30카보시클릭 그룹 또는 치환 또는 비치환된 C1-C30헤테로시클릭 그룹을 형성할 수 있고,
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C7-C60알킬아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, C2-C60알킬헤테로아릴기, C1-C60헤테로아릴옥시기, C1-C60헤테로아릴티오기, 1가 방향족 축합다환 그룹, 1가 방향족 헤테로축합다환 그룹, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, 중수소, -F, 시아노기, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 C1-C60알킬기 및 중수소, -F, 시아노기, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 C6-C60아릴기 중에서 선택된다.
예를 들어, 상기 화학식 101 및 102 중, A21은 치환 또는 비치환된 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹일 수 있다.
구체적으로, 상기 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹은 벤젠 그룹, 헵탈렌 그룹, 인덴 그룹, 나프탈렌 그룹, 아줄렌 그룹, 인다센 그룹, 아세나프틸렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-바이플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타센 그룹, 헥사센 그룹, 펜타센 그룹, 루비센 그룹, 코로젠 그룹, 오발렌 그룹, 피롤 그룹, 이소인돌 그룹, 인돌 그룹, 퓨란 그룹, 티오펜 그룹, 벤조퓨란 그룹, 벤조티오펜 그룹, 벤조카바졸 그룹, 디벤조카바졸 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 디벤조티오펜 설폰(dibenzothiophene sulfone) 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조실롤 그룹, 인데노카바졸 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 벤조퓨로카바졸 그룹, 벤조티에노카바졸 그룹 및 트라이인돌로벤젠 그룹; 및 2 이상의 상기 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹의 축합환; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 화학식 101 및 102 중, D21은 -F, 시아노기, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹;
-F 및 시아노기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹 및 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹; 및
중수소, C1-C60알킬기, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹 및 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹; 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹; 중에서 선택될 수 있다.
구체적으로, 상기 π 전자 결핍성 질소-비함유 시클릭 그룹은 전술한 바를 참조한다.
구체적으로, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹은 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 시클릭 그룹으로서, 예를 들면, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리다진 그룹, 피리미딘 그룹, 인다졸 그룹, 푸린(purine) 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤즈이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹, 아자카바졸 그룹, 및 벤즈이미다졸로벤즈이미다졸; 및 2 이상의 상기 π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹의 축합환; 중에서 선택될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 센서타이저는 하기 그룹 VII 내지 XII 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<그룹 VII>
Figure pat00475
Figure pat00476
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<그룹 VIII>
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<그룹 IX>
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<그룹 X>
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<그룹 XI>
Figure pat00691
Figure pat00692
Figure pat00693
Figure pat00694
<그룹 XII>
Figure pat00695
Figure pat00696
[정공 수송 영역(3)]
유기 발광 소자(10) 중 제1전극(2)과 발광층(4)과 사이에는 정공 수송 영역(3)이 배치되어 있다.
상기 정공 수송 영역(3)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 정공 수송 영역(3)은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입층/정공 수송층, 정공 주입층/제1정공 수송층/제2정공 수송층, 정공 수송층/중간층, 정공 주입층/정공 수송층/중간층, 정공 수송층/전자 저지층 또는 정공 주입층/정공 수송층/전자 저지층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송 영역(3)은, 정공 수송 특성을 갖는 임의의 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 정공 수송 영역(3)은 N-페닐 카바졸, 폴리비닐 카바졸 등의 카바졸계 화합물, 플루오렌계 화합물, 하기 화합물 H1, 화합물 H2 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
Figure pat00697
예를 들어, 상기 정공 수송 영역(3)은 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 정공 수송 영역(3)은 하기 화학식 201로 표시된 화합물 내지 하기 화학식 205로 표시된 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 201>
Figure pat00698
<화학식 202>
Figure pat00699
<화학식 203>
Figure pat00700
<화학식 204>
Figure pat00701
<화학식 205>
Figure pat00702
상기 화학식 201 내지 205 중,
L201 내지 L209는 서로 독립적으로, *-O-*', *-S-*', 치환 또는 비치환된 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
xa1 내지 xa9는 서로 독립적으로, 0 내지 5의 정수 중에서 선택되고,
R201 내지 R206은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고, R201 내지 R206 인접한 2개의 그룹은 선택적으로, 단일 결합, 디메틸-메틸렌기 또는 디페닐-메틸렌기를 통하여 서로 연결될 수 있다.
예를 들어,
상기 L201 내지 L209는 중수소, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 트리페닐레닐기, 비페닐기, 터페닐기, 테트라페닐기 및 -Si(Q11)(Q12)(Q13) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 벤젠 그룹, 헵탈렌 그룹, 인덴 그룹, 나프탈렌 그룹, 아줄렌 그룹, 헵탈렌 그룹, 인다센 그룹, 아세나프틸렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-바이플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타센 그룹, 헥사센 그룹, 펜타센 그룹, 루비센 그룹, 코로젠 그룹, 오발렌 그룹, 피롤 그룹, 이소인돌 그룹, 인돌 그룹, 퓨란 그룹, 티오펜 그룹, 벤조퓨란 그룹, 벤조티오펜 그룹, 벤조카바졸 그룹, 디벤조카바졸 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 디벤조티오펜 설폰(dibenzothiophene sulfone) 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조실롤 그룹, 인데노카바졸 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 벤조퓨로카바졸 그룹, 벤조티에노카바졸 그룹 및 트라이인돌로벤젠 그룹 중에서 선택될 수 있고,
xa1 내지 xa9는 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2이고,
R201 내지 R206은 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, C1-C10알킬기로 치환된 페닐기, -F로 치환된 페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 루비세닐기, 코로네닐기, 오발레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33) 및 -N(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 루비세닐기, 코로네닐기, 오발레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, 인데노카바졸일기, 인돌로카바졸일기, 벤조퓨로카바졸일기 및 벤조티에노카바졸일기 중에서 선택되고,
상기 Q11 내지 Q13 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택된다.
일 구현에에 따르면, 상기 정공 수송 영역(3)은 카바졸-함유 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 정공 수송 영역(3)은 카바졸-함유 아민계 화합물 및 카바졸-비함유 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 카바졸-함유 아민계 화합물은, 예를 들어, 카바졸 그룹은 포함하고, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 인데노카바졸 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 벤조퓨로카바졸 그룹 및 벤조티에노카바졸 그룹 중 적어도 하나를 더 포함한, 화학식 201로 표시된 화합물 중에서 선택될 수 있다.
상기 카바졸-비함유 아민계 화합물은, 예를 들어, 카바졸 그룹은 비포함하고, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 인데노카바졸 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 벤조퓨로카바졸 그룹 및 벤조티에노카바졸 그룹 중 적어도 하나는 포함한, 화학식 201로 표시된 화합물 중에서 선택될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 정공 수송 영역(3)은, 상기 화학식 201 또는 202로 표시된 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 정공 수송 영역(3)은 하기 화학식 201-1, 202-1 및 201-2로 표시된 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 201-1>
Figure pat00703
<화학식 202-1>
Figure pat00704
<화학식 201-2>
Figure pat00705
상기 화학식 201-1, 202-1 및 201-2 중 L201 내지 L203, L205, xa1 내지 xa3, xa5, R201 및 R202에 대한 설명은 각각 본 명세서에 기재된 바를 참조하고, R211 내지 R213은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, C1-C10알킬기로 치환된 페닐기, -F로 치환된 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 디메틸플루오레닐기, 디페닐플루오레닐기, 트리페닐레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기 중에서 선택된다.
예를 들어, 상기 정공 수송 영역(3)은 하기 화합물 HT1 내지 HT39 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00706
Figure pat00707
Figure pat00708
Figure pat00709
Figure pat00710
Figure pat00711
Figure pat00712
한편, 상기 유기 발광 소자(10)의 정공 수송 영역(3)은 p-도펀트를 더 포함할 수 있다. 상기 정공 수송 영역(3)이 p-도펀트를 더 포함할 경우, 상기 정공 수송 영역(3)은 매트릭스(예를 들면, 상기 화학식 201 내지 205로 표시된 화합물 중 적어도 하나) 및 상기 매트릭스에 포함된 p-도펀트를 포함한 구조를 가질 수 있다. 상기 p-도펀트는 정공 수송 영역(3)에 균일 또는 불균일하게 도핑될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 p-도펀트의 LUMO 에너지 레벨은 -3.5eV 이하일 수 있다.
상기 p-도펀트는, 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 시아노기-함유 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 p-도펀트는,
TCNQ (Tetracyanoquinodimethane), F4-TCNQ (2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), F6-TCNNQ 등과 같은 퀴논 유도체;
텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물;
HAT-CN (1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile); 및
하기 화학식 221로 표시되는 화합물;
중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00713
<화학식 221>
Figure pat00714
상기 화학식 221 중,
R221 내지 R223은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되되, 상기 R221 내지 R223 중 적어도 하나는 시아노기, -F, -Cl, -Br, -I, -F로 치환된 C1-C20알킬기, -Cl로 치환된 C1-C20알킬기, -Br로 치환된 C1-C20알킬기 및 -I로 치환된 C1-C20알킬기 중에서 선택된 적어도 하나의 치환기를 갖는다.
상기 정공 수송 영역(3)의 두께는 약 10Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 또한, 정공 수송 영역(3)을 구성하는 각 층 중 정공 주입층(31)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 30Å 이상 1000Å 이하일 수 있다. 정공 수송층(32)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 30Å 이상 1000Å 이하일 수 있다. 전자 저지층(33)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 10Å 이상 1000Å 이하일 수 있다. 또한, 정공 버퍼층의 두께는 정공 버퍼층의 기능을 발휘하면서 유기 발광 소자로서의 기능을 방해하지 않는 범위라면 특별히 제한되지 않는다. 정공 수송 영역(3), 정공 주입층 (31), 정공 수송층 (32) 또는 전자 저지층 (33)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(3)과 이를 구성하는 각 층의 성막 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 진공 증착법, 스핀 코팅법, LB법, 잉크젯 인쇄법, 레이저 프린트법, 레이저 열전사법 등의 공지의 성막 방법을 들 수 있다.
[전자 수송 영역(5)]
유기 발광 소자(10) 중 발광층(4)과 제2전극(6) 사이에는 전자 수송 영역(5)이 배치되어 있다.
상기 전자 수송 영역(5)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 전자 수송 영역(5)은 전자 수송층, 전자 수송층/전자 주입층, 버퍼층/전자 수송층, 정공 저지층/전자 수송층, 버퍼층/전자 수송층/전자 주입층 또는 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자 수송 영역(5)은 전자 제어층을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 영역(5)은 공지된 전자 수송 물질을 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 영역(예를 들면, 상기 전자 수송 영역 중 버퍼층, 정공 저지층, 전자 조절층 또는 전자 수송층)은, π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹을 적어도 하나 포함한 금속-비함유 화합물을 포함할 수 있다. 상기 π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
예를 들어, 상기 전자 수송 영역은 하기 화학식 601로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 601>
[Ar601]xe11-[(L601)xe1-R601]xe21
상기 화학식 601 중,
Ar601 및 L601은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
xe11은 1, 2 또는 3이고,
xe1는 0 내지 5의 정수 중에서 선택되고,
R601은, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q601)(Q602)(Q603), - -C(=O)(Q601), -S(=O)2(Q601) 및 -P(=O)(Q601)(Q602) 중에서 선택되고,
상기 Q601 내지 Q603은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기이고,
xe21는 1 내지 5의 정수 중에서 선택된다.
일 구현예에 따르면, 상기 xe11개의 Ar601 및 xe21개의 R601 중 적어도 하나는, 상술한 바와 같은 π 전자 결핍성 함질소 시클릭 그룹을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 601 중 고리 Ar601 및 L601은 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 카바졸 그룹, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리미딘 그룹, 피리다진 그룹, 인다졸 그룹, 푸린 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹;
중에서 선택될 수 있고,
상기 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 601 중 xe11이 2 이상일 경우 2 이상의 Ar601은 단일 결합을 통하여 서로 연결될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 601 중 Ar601은 안트라센 그룹일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 601로 표시되는 화합물은 하기 화학식 601-1로 표시될 수 있다:
<화학식 601-1>
Figure pat00715
상기 화학식 601-1 중,
X614는 N 또는 C(R614)이고, X615는 N 또는 C(R615)이고, X616은 N 또는 C(R616)이고, X614 내지 X616 중 적어도 하나는 N이고,
L611 내지 L613은 서로 독립적으로, 상기 L601에 대한 설명을 참조하고,
xe611 내지 xe613은 서로 독립적으로, 상기 xe1에 대한 설명을 참조하고,
R611 내지 R613은 서로 독립적으로, 상기 R601에 대한 설명을 참조하고,
R614 내지 R616은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 601 및 601-1 중 xe1 및 xe611 내지 xe613은 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 601 및 601-1 중 R601 및 R611 내지 R613은 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 티아디아졸일기, 옥사디아졸일기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 나프티리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페나지닐기, 벤조이미다졸일기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기 및 아자카바졸일기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환 또는 비치환된, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 티아디아졸일기, 옥사디아졸일기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 나프티리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페나지닐기, 벤조이미다졸일기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기 및 아자카바졸일기; 및
-S(=O)2(Q601) 및 -P(=O)(Q601)(Q602);
중에서 선택되고,
상기 Q601 및 Q602에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
상기 전자 수송 영역은 하기 화합물 ET1 내지 ET36 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00716
Figure pat00717
Figure pat00718
Figure pat00719
Figure pat00720
Figure pat00721
Figure pat00722
Figure pat00723
Figure pat00724
Figure pat00725
Figure pat00726
Figure pat00727
또는, 상기 전자 수송 영역은 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), Alq3, BAlq, TAZ(3-(Biphenyl-4-yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole) 및 NTAZ 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00728
상기 버퍼층, 정공 저지층 또는 전자 조절층의 두께는 서로 독립적으로, 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 상기 버퍼층, 정공 저지층 또는 전자 조절층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성 또는 전자 조절 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자 수송 영역(5)(예를 들면, 상기 전자 수송 영역 중 전자 수송층)은 상술한 바와 같은 물질 외에, 금속-함유 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 금속-함유 물질은 알칼리 금속 착체 및 알칼리 토금속 착체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 착체의 금속 이온은, Li 이온, Na 이온, K 이온, Rb 이온 및 Cs 이온 중에서 선택될 수 있고, 상기 알칼리 토금속 착체의 금속 이온은 Be 이온, Mg 이온, Ca 이온, Sr 이온 및 Ba 이온 중에서 선택될 수 있다. 상기 알칼리 금속 착체 및 알칼리 토금속 착체의 금속 이온에 배위된 리간드는, 서로 독립적으로, 히드록시퀴놀린, 히드록시이소퀴놀린, 히드록시벤조퀴놀린, 히드록시아크리딘, 히드록시페난트리딘, 히드록시페닐옥사졸, 히드록시페닐티아졸, 히드록시디페닐옥사디아졸, 히드록시디페닐티아디아졸, 히드록시페닐피리딘, 히드록시페닐벤조이미다졸, 히드록시페닐벤조티아졸, 비피리딘, 페난트롤린 및 시클로펜타다이엔 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체는, 예를 들면, 하기 화합물 ET-D1(리튬 퀴놀레이트, LiQ) 또는 ET-D2을 포함할 수 있다.
Figure pat00729
상기 전자 수송 영역(5)은, 제2전극(6)으로부터의 전자 주입을 용이하게 하는 전자 주입층을 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층은 상기 제2전극(6)과 직접(directly) 접촉할 수 있다.
상기 전자 주입층은 i) 단일 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조, ii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조 또는 iii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 주입층은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 희토류 금속 화합물, 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체, 희토류 금속 착체 또는 이들 중 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 알칼리 금속은, Li, Na, K, Rb 및 Cs 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 Li, Na 또는 Cs일 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 Li 또는 Cs일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알칼리 토금속은, Mg, Ca, Sr, 및 Ba 중에서 선택될 수 있다.
상기 희토류 금속은 Sc, Y, Ce, Tb, Yb 및 Gd 중에서 선택될 수 있다.
상기 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 상기 희토류 금속 화합물은, 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리 토금속 및 희토류 금속의 산화물 및 할로겐화물(예를 들면, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물 등) 중에서 선택될 수 있다.
상기 알칼리 금속 화합물은, Li2O, Cs2O, K2O 등과 같은 알칼리 금속 산화물 및 LiF, NaF, CsF, KF, LiI, NaI, CsI, KI 등과 같은 알칼리 금속 할로겐화물 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속 화합물은, LiF, Li2O, NaF, LiI, NaI, CsI, KI 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알칼리 토금속 화합물은, BaO, SrO, CaO, BaxSr1-xO(0<x<1), BaxCa1-xO(0<x<1) 등과 같은 알칼리 토금속 화합물 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 토금속 화합물은, BaO, SrO 및 CaO 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 희토류 금속 화합물은, YbF3, ScF3, ScO3, Y2O3, Ce2O3, GdF3, 및 TbF3 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 희토류 금속 화합물은 YbF3, ScF3, TbF3, YbI3, ScI3, TbI3 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체 및 희토류 금속 착체는, 상술한 바와 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속의 이온을 포함하고, 상기 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체 및 희토류 금속 착체의 금속 이온에 배위된 리간드는, 서로 독립적으로, 히드록시퀴놀린, 히드록시이소퀴놀린, 히드록시벤조퀴놀린, 히드록시아크리딘, 히드록시페난트리딘, 히드록시페닐옥사졸, 히드록시페닐티아졸, 히드록시디페닐옥사디아졸, 히드록시디페닐티아디아졸, 히드록시페닐피리딘, 히드록시페닐벤조이미다졸, 히드록시페닐벤조티아졸, 비피리딘, 페난트롤린 및 시클로펜타다이엔 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주입층은 상술한 바와 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 희토류 금속 화합물, 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체, 희토류 금속 착체 또는 이들 중 임의의 조합만으로 이루어져 있거나, 상기 유기물을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층이 유기물을 더 포함할 경우, 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 희토류 금속 화합물, 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체, 희토류 금속 착체 또는 이들 중 임의의 조합은 상기 유기물로 이루어진 매트릭스에 균일 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
[제2전극(6)]
상술한 바와 같은 전자 수송 영역(5) 상부에는 제2전극(6)이 배치되어 있다. 상기 제2전극(6)은 전자 주입 전극인 캐소드(cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극(6)용 물질로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합(combination)을 사용할 수 있다.
상기 제2전극(6)은, 리튬(Li), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag), ITO 및 IZO 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2전극(6)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다.
상기 제2전극(6)은 단일층인 단층 구조 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
제2전극(6)의 두께는 100Å 이상 10000Å 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
또한 제2전극(6) 위에 밀봉층이 더 배치될 수 있다. 밀봉층은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15 (N4, N4, N4 ', N4'- 테트라(페닐-4-일)비페닐-4,4'-디아민), TCTA (4,4',4"-트리-9-카르조리르트리페닐아민), N,N'-비스(나프탈렌-1-일) 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
이상, 상기 유기 발광 소자를 도 1을 참조하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2 및 3에 대한 설명
도 2은 본 발명의 다른 구현예에 따른 유기 발광 소자(10)의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 유기 발광 소자 (10)가 기판 (1), 제 1 전극 (2) 정공 수송 영역 (3) 발광층 (4), 전자 수송 영역 (5) 및 제 2 전극 (6)가 차례로 적층되어 있으며, 정공 수송 영역 (3)는 정공 주입층 (31) 및 정공 수송층 (32)를 차례로 적층된 구조를 포함한다. 또한, 전자 수송 영역 (5)는 전자 수송층 (52) 및 전자 주입층 (51)이 차례로 적층된 구조를 포함한다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 유기 발광 소자(10)의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 유기 발광 소자 (10)가 기판 (1), 제 1 전극 (2) 정공 수송 영역 (3) 발광층 (4), 전자 수송 영역 (5) 및 제 2 전극 (6)가 차례로 적층되어 있으며, 정공 수송 영역 (3)는 정공 주입층 (31), 정공 수송층 (32) 및 전자 저지층 (33)을 차례로 적층된 구조를 포함한다. 또한, 전자 수송 영역 (5)는 정공 저지층 (53), 전자 수송층 (52) 및 전자 주입층 (51)이 차례로 적층된 구조를 포함한다.
도 4에 대한 설명
도 4는 각 에너지의 관계를 정성적으로 설명하는 설명도이다.
재배치 에너지(Reorganization energy, ER)는 여기 일중항 상태(S1)의 안정 구조의 기저 상태 에너지 [E(S0@S1)] (eV) 및 기저 상태(S0)의 안정 구조의 기저 상태 에너지 [E(S0@S0)] (eV)의 차를 의미하고,
단열 여기 일중항 상태(S1) 에너지는 여기 일중항 상태 (S1)의 안정 구조의 최저 여기 일중항 상태 (S1)의 에너지 [E(S1@S1)]와 기저 상태 (S0)의 안정적인 구조의 기저 상태 (S0)의 에너지 [E(S0@S0)]과의 차이를 의미한다.
도 5에 대한 설명
도 5는 축합환 화합물 R1 내지 R3에서 실측한 PL의 형광 발광 FWHM - 밀도함수법에 의해 계산된 재배치 에너지 (eV) 그래프이다. 도 5를 통하여, 밀도함수이론에 의한 계산된 재배치 에너지(eV)와 형광 발광의 FWHM은 재배치 에너지(eV)가 작을수록 형광 발광의 FWHM이 작아짐을 확인할 수 있다. 즉, 형광 발광 스펙트럼 폭이 좁아짐을 확인할 수 있다.
전자 장치
상기 유기 발광 소자는 각종 전자 장치에 포함될 수 있다.
상기 전자 장치는, 상술한 바와 같은 유기 발광 소자 외에 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 상기 박막 트랜지스터는 소스 전극, 드레인 전극 및 활성층을 포함할 수 있고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나와 상기 유기 발광 소자의 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 전기적으로 연결될 수 있다.
용어에 대한 설명
본 명세서 중 C1-C60알킬기는 탄소수 1 내지 60의 선형 또는 분지형 포화 지방족 탄화수소 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, ter-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C60알킬렌기는 상기 C1-C60알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C60알콕시기는 -OA101(여기서, A101은 상기 C1-C60알킬기임)의 화학식을 갖는 1가 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로필옥시기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C2-C60알케닐기는 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함한 구조를 가지며, 이의 구체적인 예에는, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알케닐렌기는 상기 C2-C60알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C2-C60알키닐기는 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함한 구조를 가지며, 이의 구체적인 예에는, 에티닐기(ethynyl), 프로피닐기(propynyl), 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알키닐렌기는 상기 C2-C60알키닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알킬기는 탄소수 3 내지 10의 1가 포화 탄화수소 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등을 포함한다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알킬렌기는 상기 C3-C10시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬기는 N, O, P, Si 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예는 테트라히드로퓨라닐기(tetrahydrofuranyl), 테트라히드로티오페닐기 등을 포함한다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐기는 탄소수 3 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 가지나, 방향족성(aromaticity)을 갖지 않는 그룹을 의미하며, 이의 구체예는 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기 등을 포함한다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐렌기는 상기 C3-C10시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐기는 N, O, P, Si 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 갖는다. 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기의 구체예는, 2,3-디히드로퓨라닐기, 2,3-디히드로티오페닐기 등을 포함한다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C6-C60아릴기는 탄소 원자수 6 내지 60개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, C6-C60아릴렌기는 탄소 원자수 6 내지 60개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다. 상기 C6-C60아릴기의 구체예는, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기 등을 포함한다. 상기 C6-C60아릴기 및 C6-C60아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로아릴기는 N, O, P, Si 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 헤테로사이클릭 방향족 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미하고, C1-C60헤테로아릴렌기는 N, O, P, Si 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 2가 그룹을 의미한다. 상기 C1-C60헤테로아릴기의 구체예는, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기 등을 포함한다. 상기 C1-C60헤테로아릴기 및 C1-C60헤테로아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다.
본 명세서 중 C6-C60아릴옥시기는 -OA102(여기서, A102는 상기 C6-C60아릴기임)를 가리키고, 상기 C6-C60아릴티오기(arylthio)는 -SA103(여기서, A103은 상기 C6-C60아릴기기임)를 가리킨다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 축합다환 그룹(non-aromatic condensed polycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소만을 포함(예를 들어, 탄소수는 8 내지 60일 수 있음)하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromaticity)를 갖는 1가 그룹을 의미한다. 상기 비-방향족 축합다환 그룹의 구체예는 플루오레닐기 등을 포함한다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹(non-aromatic condensed heteropolycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소(예를 들어, 탄소수는 1 내지 60일 수 있음) 외에 N, O, P, Si 및 S 중에서 선택된 헤테로 원자를 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromaticity)를 갖는 1가 그룹을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹은, 카바졸일기 등을 포함한다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C5-C30카보시클릭 그룹은 고리 형성 원자로서 5 내지 30개의 탄소만을 갖는 포화 또는 불포화 시클릭 그룹을 가리킨다. 상기 C5-C30카보시클릭 그룹은 모노시클릭 그룹 또는 폴리시클릭 그룹일 수 있고, 화학식 구조에 따라, 1가, 2가, 3가, 4가, 5가 또는 6가 그룹일 수 있다.
본 명세서 중 C1-C30헤테로시클릭 그룹은 고리 형성 원자로서 1 내지 30개의 탄소 외에, N, O, P, Si 및 S 중에서 선택된 헤테로 원자를 적어도 하나 갖는 포화 또는 불포화 시클릭 그룹을 가리킨다. 상기 C1-C30헤테로시클릭 그룹은 모노시클릭 그룹 또는 폴리시클릭 그룹일 수 있고, 화학식 구조에 따라, 1가, 2가, 3가, 4가, 5가 또는 6가 그룹일 수 있다.
본 명세서 중 상기 치환된 C5-C30카보시클릭 그룹, 치환된 C1-C30헤테로시클릭 그룹, 치환된 C1-C60알킬기, 치환된 C2-C60알케닐기, 치환된 C2-C60알키닐기, 치환된 C1-C60알콕시기, 치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환된 C6-C60아릴기, 치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환된 C6-C60아릴티오기, 치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 치환기 중 적어도 하나는,
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CF3, -CF2H, -CFH2, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CF3, -CF2H, -CFH2, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -N(Q11)(Q12), -Si(Q13)(Q14)(Q15), -B(Q16)(Q17) 및 -P(=O)(Q18)(Q19) 중 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CF3, -CF2H, -CFH2, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -N(Q21)(Q22), -Si(Q23)(Q24)(Q25), -B(Q26)(Q27) 및 -P(=O)(Q28)(Q29) 중 적어도 하나로 치환된, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 및
-N(Q31)(Q32), -Si(Q33)(Q34)(Q35), -B(Q36)(Q37) 및 -P(=O)(Q38)(Q39); 중에서 선택되고,
상기 Q1 내지 Q9, Q11 내지 Q19, Q21 내지 Q29 및 Q31 내지 Q39는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중 적어도 하나로 치환된 C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된다.
본 명세서 중 "상온"이란 약 25℃의 온도를 가리킨다.
본 명세서 중 "비페닐기, 터페닐기 및 테트라페닐기"는 각각 2개, 3개 또는 4개의 페닐기가 서로 단일 결합을 통하여 연결되어 있는 1가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 "시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기 및 시아노-함유 테트라페닐기"는 각각, 적어도 하나의 시아노기로 치환된, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 테트라페닐기를 의미한다. 상기 "시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기 및 시아노-함유 테트라페닐기" 중 시아노기는 임의의 위치에 치환될 수 있고, 상기 "시아노-함유 페닐기, 시아노-함유 비페닐기, 시아노-함유 터페닐기 및 시아노-함유 테트라페닐기"는 시아노기 외에 다른 치환기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 시아노기로 치환된 페닐기 및 시아노기 및 메틸기로 치환된 페닐기 모두, "시아노-함유 페닐기"에 속한다.
이하, 합성예 및 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 화합물 및 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기의 합성예 및 실시예로 한정되는 것은 아니다. 하기 합성예 중 "'A' 대신 'B'를 사용하였다"란 표현 중 'B'의 사용량과 'A'의 사용량은 몰당량 기준으로 동일하다.
[실시예]
합성예 1: 화합물 2의 합성
Figure pat00730
중간체 (1)의 합성
WO공개 제2017/142310호 단락 [96] ~ [105]에 기재된 합성법에 따라 중간체 (1)을 합성했다.
중간체 (2)의 합성
3구 플라스크에 상기 중간체 (1) (1.0 당량), 레조르시놀 (0.5 당량), 아세트산 팔라듐 (Pd(OAc)3, 0.02 당량), (2-페닐)디-tert-부틸포스핀 (JohePhos, 0.04 당량) 및 tert-부톡시나트륨(tBuONa, 2.0 당량)을 톨루엔 용매 중, 불활성 분위기 하 100 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 후 얻어진 용액을 실온으로 냉각하고 셀 라이트 여과하여 얻은 여액을 농축하였다. 그 후, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 중간체 (2)를 얻었다.
화합물 2의 합성
3구 플라스크에 상기 중간체 (2) (1.0 당량)을 o-디클로로벤젠을 용매로서 불활성 분위기 하에서 교반하였다. 이어서, 얻어진 용액에 삼요오드화 붕소 (BI3, 4.0 당량)을 첨가하여 불활성 분위기 하에서 180 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후 디클로로 메탄과 물을 이용하여 추출하고 유기층의 용매를 증류했다. 얻어진 생성물을 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2를 얻었다.
합성예 2: 화합물 14의 합성
Figure pat00731
Figure pat00732
중간체 (3)의 합성
WO공개 제2017/142310호 단락 [96] ~ [105]에 기재된 합성법에 따라 중간체 (3)를 합성하였다.
중간체 (4)의 합성
중간체 (1) 대신 중간체 (3)을 사용하고, 레조르시놀 대신 1,3- 벤젠티올을 사용한 것을 제외하고는, 상기 중간체 (2)의 합성과 동일한 방법으로 합성하여 중간체 (4)를 얻었다.
화합물 14의 합성
중간체 (2) 대신 중간체 (4)를 사용한 것을 제외하고는 상기 화합물 2의 합성과 동일한 방법으로 합성하고, 화합물 14을 얻었다.
합성예 3: 화합물 97의 합성
Figure pat00733
A-1의 합성
반응 용기에 카바졸 (1.0 당량), 4-브로모-2-플루오로벤젠 (1.0 당량) 및 용매로 디메틸 설폭사이드를 더했다. 그 후, 얻어진 혼합액에 탄산 세슘 (1.2 당량)을 첨가하여 질소 분위기 하에서 실온에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 얻어진 용액에 물을 첨가하고, 이어서, 클로로포름으로 추출한 후 유기층을 물로 세척했다. 얻어진 유기층을 황산 마그네슘으로 건조시킨 후, 유기층을 농축하고, 클로로포름/헥산으로 재결정하여 A-1을 얻었다.
A-2의 합성
반응 용기에 A-1 (1.0 당량)와 용매로 에탄올을 첨가하고 염산을 가하여 산성으로 하였다. 그 후, 얻어진 혼합물에 염화 주석(II) (3.0 당량)을 조금씩 첨가 질소 분위기 하에서 70 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 얻어진 용액을 상온에 다시 감압 농축하여 잔류물을 얻었다. 상기 잔류물에 수산화 나트륨 수용액을 첨가하여 현탁액을 조정하고 실온에서 교반하여 고체를 생성했다. 이어 생성된 고체를 여과 제거하고, 톨루엔에 용해하여 수산화 나트륨 수용액을 가하여 분액 조작 및 황산 마그네슘에 의해 건조하고, 유기층을 얻었다. 그 후, 얻어진 유기층을 농축한 다음, 톨루엔/헥산으로 재결정하여 A-2를 얻었다.
중간체 (5)의 합성
반응 용기에 A-2(1.0 당량), 아세트산 및 진한 황산(용량비 10:1, 황산으로 4.5 당량)을 첨가하였다. 이어서, 질소 분위기 하에서 반응 용기를 얼음물 목욕에 담가 반응 용액을 10℃로 냉각했다. 이어 반응 용액에 물에 녹인 아질산 나트륨 (1.02 당량)을 15 분에 걸쳐 적하했다. 그 후, 반응 용액을 130 ℃에서 교반하여 반응을 진행시켰다. 그리고 반응 종료 후, 얻어진 용액을 방냉하고 물을 가하여 고체를 석출시켰다. 석출된 고체를 여과 제거하고 메탄올에 현탁 세척하였다. 그 후, 수득된 고체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 클로로포름/에탄올로 재결정하여 중간체 (5)를 얻었다.
Figure pat00734
중간체 (6)의 합성
반응 용기에 1,3-디브로모-2-클로로벤젠 (1.0 당량), 아닐린 (2.0 당량), 나트륨-tert-부톡시드 (2.5 당량)을 크실렌 용매 중에서 교반하였다.
이어서, 얻어진 혼합물에 부틸 디클로로 비스[디-tert-부틸(p-디메틸 아미노 페닐)호스휘노]팔라듐(II) (0.01 당량)을 첨가하고 질소 분위기 하에 140 ℃에서 교반하여 반응시켜 했다. 반응 종료 후, 얻어진 용액을 방냉한 후, 톨루엔으로 희석하여 셀라이트 여과하고 여액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축한 후 컬럼 크로마토그램에서 정제하여 중간체 (6)을 얻었다.
Figure pat00735
중간체 (7)의 합성
반응 용기에 중간체 6 (1.0 당량), 중간체 (5) (2.0 당량), 나트륨-tert-부톡 시드(2.5 당량)을 크실렌용매 중에서 교반하였다. 이어서, 얻어진 혼합물에 부틸 디클로로 비스[디-tert-부틸(p-디메틸아미노페닐)호스휘노]팔라듐(II) (0.01 당량)을 첨가하고 질소 분위기 하에서 140℃로 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 얻어진 용액을 방냉한 후, 톨루엔으로 희석하여 셀라이트 여과하고 여액을 얻었다. 여액을 농축한 후 컬럼 크로마토그램에서 정제하여 중간체 (7)을 얻었다.
화합물 97의 합성
반응 용기에 중간체 (7)(1.0 당량)을 tert-부틸 벤젠 용매 중에서 교반 하였다. 질소 분위기 하에서 반응 용액을 -30℃로 1.6M tert-부틸 리튬 펜탄 용액 (1.2 당량)을 적하했다. 이어서, 반응 용액을 60℃에서 2시간 동안 교반한 후, -30℃에 냉각 삼브롬화 붕소(1.2 당량)을 첨가하고 30분 실온에서 교반하였다. 그 후, 반응 용액을 0℃로 냉각 N,N-디이소프로필 에틸아민(2.0 당량)을 첨가하였다. 그 후, 120℃에서 교반하여 반응시키고 실온까지 방냉했다. 이어 반응 용액에 아세트산 나트륨 수용액과 에틸 아세테이트를 첨가하고 분액 조작에 의해 유기층을 분리하였다. 그리고 얻어진 유기층을 농축한 후 컬럼 크로마토 그램에서 정제하여 화합물 97을 얻었다.
합성예 4: 화합물 100의 합성
Figure pat00736
B-1의 합성
출발 원료의 카바졸 대신 3,6-디-tert-부틸카바졸을 사용한 것을 제외하고는, A-1과 동일한 방법으로 B-1을 얻었다.
B-2의 합성
출발 원료 A-1 대신 B-1을 사용한 것을 제외하고는, A-2와 동일한 방법으로 B-2를 얻었다.
중간체 (8)의 합성
출발 원료 A-2 대신 B-2를 사용한 것을 제외하고는, 중간체 (5)와 동일한 방법으로 중간체 (8)을 얻었다.
Figure pat00737
중간체 (9)의 합성
출발 원료 중간체 (5) 대신 중간체 (8)를 사용한 것을 제외하고는, 중간체 (7)과 동일한 방법으로 중간체 (9)를 얻었다.
화합물 100의 합성
출발 원료 중간체 (7) 대신 중간체 (9)를 사용한 것을 제외하고는, 화합물 97과 동일한 방법으로 화합물 100을 얻었다.
합성예 5: 화합물 101의 합성
Figure pat00738
중간체 (10)의 합성
출발 원료 아닐린 대신 4-tert- 부틸 아민을 사용한 것을 제외하고는, 중간체 6과 동일한 방법으로 중간체 (10)을 얻었다.
Figure pat00739
중간체 (11)의 합성
출발 원료 중간체 (6) 대신 중간체 (10)을 사용한 것을 제외하고는, 중간체 (7)과 동일한 방법으로 중간체 (11)을 얻었다.
화합물 101의 합성
출발 원료 중간체 (7) 대신 중간체 (11)를 사용한 것을 제외하고는, 화합물 97과 동일한 방법으로 화합물 101을 얻었다.
합성예 6: 화합물 201의 합성
Figure pat00740
합성예 3의 화합물 97과 동일한 방법으로 합성하여, 재결정 및 컬럼크로마토그래피 후 재결정하여 화합물 97과 분리, 정제하여 화합물 201을 얻었다.
합성예 7: 화합물 202의 합성
Figure pat00741
합성예 4의 화합물 100과 동일한 방법으로 합성하여, 재결정 및 컬럼크로마토그래피 후 재결정하여 화합물 100과 분리, 정제하여 화합물 202을 얻었다.
합성예 8: 화합물 203의 합성
Figure pat00742
합성예 5의 화합물 101과 동일한 방법으로 합성하여, 재결정 및 컬럼크로마토그래피 후 재결정하여 화합물 101과 분리, 정제하여 화합물 203을 얻었다.
합성예 9: 화합물 301의 합성
Figure pat00743
D-1의 합성
반응 용기에 1,3-디클로로-2-요오드벤젠 (1.0 eq), o-아니시진 (0.95 eq), 나트륨 tert-부톡시드 (1.5 eq), 1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센 (0.05 eq), 아세트산 팔라듐 (0.05 eq)를 첨가하여 톨루엔에 용해하였다. 질소 분위기 하에서 100℃에서 12 시간 동안 교반한 후, 셀라이트 여과를 하였다. 얻어진 용액에 물을 가하여 분액을 수행 유기층을 농축하였다. 그 후, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 D-1을 얻었다(수율 40 %).
D-2의 합성
반응 용기에 D-1 (1.0 eq), 아세트산 팔라듐 (0.05 eq) 트리-tert-부틸 포스포늄 테트라 플루오로보레이트 (0.1 eq) 및 탄산칼륨 (2.0 eq)을 넣고 N,N-디메틸아세트 아미드에 용해시켰다. 질소 분위기 하에서 6 시간 동안 환류 교반한 후, 셀라이트 여과 하였다. 그 후, 얻어진 용액에 물과 에틸 아세테이트를 첨가하고 분액을 수행 유기층을 농축하였다. 그 후, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 D-2를 얻었다 (수율 85 %).
D-3의 합성
반응 용기에 D-2 (1.0 eq), 1-tert-부틸-4-요오드 벤젠 (2.0 eq), 요오드화구리 (0.1 eq), trans-1,2-시클로헥산 디아민 (0.2 eq) 및 삼인산칼륨 (2.0 eq)을 넣고. 1,4-디옥산에 용해시켰다. 얻어진 용액에 물을 가하여 분액을 수행 유기층을 농축하였다. 그 후, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 D-3을 얻었다 (수율 80 %).
D-4의 합성
반응 용기에 D-3 (1.0 eq), 아세트산 팔라듐 (0.05 eq), 트리-tert-부틸 포스포늄 테트라 플루오로 보레이트 (0.1 eq) 및 탄산 칼륨 (2.0 eq)을 넣고 N, N-디메틸 아세트 아미드에 용해시켰다. 질소 분위기 하에서 6 시간 동안 환류 교반 한 후, 셀라이트 여과하였다. 그 후, 얻어진 용액에 물과 에틸 아세테이트를 첨가하고 분액을 수행 유기층을 농축 하였다. 그 후, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 D-4를 얻었다 (수율 85 %).
D-5의 합성
반응 용기에 D-4 (1.0 동등 물)을 넣고 디클로로 메탄에 용해시켰다. 반응 용기를 얼음 욕조에 담가 디클로로 메탄으로 희석 한 세 브롬화 붕소 (2.0 동치)을 적하했다. 반응 액을 실온으로 되 돌린 후, 2 시간 동안 교반 하였다. 반응 용액에 2N 염산을 넣고 30 분 동안 교반 하였다. 그 후 분액을 수행 유기층을 농축하여 D-5를 얻었다 (수율 85 %).
D-6의 합성
반응 용기에 D-5 (1.0 eq), 1-브로모-2,6- 디플루오로 벤젠 (0.45 eq) 및 탄산 칼륨 (2.0 eq)을 추가하고, N-메틸 피롤리돈에 용해시켰다. 질소 분위기 하에서 140 ℃에서 12 시간 동안 교반한 후 160 ℃로 승온하고, 또한 12 시간 교반하였다. 반응 종료 후 반응액에 물을 첨가하고 석출된 고체를 필터링했다. 그 후, 실리카겔 컬럼으로 정제하여 D-6을 얻었다 (수율 85 %).
화합물 301의 합성
반응 용기에 D-6 (1.0 eq) 및 tert-부틸 벤젠을 가하여 교반 하였다. 질소 분위기 하에서 반응 용액을 0℃로 하고 1.6M tert-부틸 리튬 펜탄 용액 (2.0 eq)을 적하했다. 60 ℃에서 2 시간 동안 교반 한 후, 저비점 성분을 감압 증류했다. -30 ℃로 냉각하고 세브롬화 붕소 (2.0 eq)을 넣고 30 분 동안 실온에서 교반 하였다. 그 후, 0 ℃로 냉각하고, N, N- 디이소 프로필 에틸아민(2.0 eq)를 추가했다. 그 후, 120 ℃에서 3 시간 가열 교반하였다. 반응 용액에 물과 메탄올을 첨가하고 석출된 고체를 필터링했다. 그 후, 테트라하이드로퓨란에 분산 세척한 후, 화합물 301을 얻었다. (수율 30 %)
하기 표 1에 합성된 화합물들의 1H NMR 및 MS을 나타내었으며, 화합물 2, 101 및 301은 용액에 녹지 않아 1H NMR 측정이 불가하였다. 표 1에 나타낸 화합물 이외의 다른 화합물들도 위의 합성 경로 및 원료 물질을 참조하여 기술 분야에 숙련된 이들이 그 합성 방법을 용이하게 인식할 수 있다.
화합물 1H NMR (CDCl3 , 500 MHz) MS
found calc
2 - 596.76 596.17
100 9.87 (s, 2H), 8.40 (s, 2H), 8.20 (s, 2H), 8.16 (s, 2H), 7.88 (t, 4H), 7.79 (t, 2H), 7.59 (d, 4H), 7.53 (d, 2H), 7.33 (m, 3H), 7.16 (s, 2H), 6.29 (d, 2H), 1.65 (s, 18H), 1.47 (s, 18H) 971.3 970.51
101 - 858.54 858.39
202 9.70 (s, 1H), 9.20 (d, 1H), 8.49 (d, 1H), 8.31 (d, 2H), 8.28 (s, 1H), 8.24 (s, 1H), 8.19 (s, 1H), 8.14 (s, 1H), 7.97 (s, 1H), 7.85 (t, 2H), 7.78 (t, 1H), 7.71 (d, 1H), 7.54 (m, 5H), 7.41 (m, 2H), 7.30 (m, 2H), 7.14 (s, 1H), 7.00 (d, 1H), 6.35 (d, 1H), 6.26 (d, 1H), 1.67 (s, 18H), 1.47 (s, 9H), 1.45 (s, 9H) 971.4 970.51
301 - 708.75 708.29
평가예 1: 재배치 에너지(Reorganization energy)와 형광 발광 스펙트럼 폭(FWHM)의 관계
(밀도함수이론(Density Functional Theory, DFT)에 의한 계산)
하기 축합환 화합물 R1 내지 R3 대해 밀도함수이론(Density Functional Theory, DFT)에 의해 다음의 계산을 실시했다.
Figure pat00744
최저 여기 일중항 상태의 안정 구조의 기저 상태 에너지 [E(S0@S1)] (eV) 및 기저 상태의 안정 구조의 기저 상태 에너지 [E(S0@S0)] (eV)를 산출하고, 이 차에 해당하는 재배치 에너지(Reorganization energy, ER) 즉, [E (S0 @ S1)] - [E (S0 @ S0)]를 산출했다.
또한, 최저 여기 일중항 상태의 안정 구조의 최저 여기 일중항 상태 에너지 [E(S1@S1)]을 산출하고, 이 값과 기저 상태의 안정 구조의 기저 상태 에너지 [E(S0@S0)]과의 차이는 단열 최저 여기 일중항 상태 에너지, 즉 [E(S1@S1)] - [E(S0@S0)]를 산출했다.
그리고 단열 최저 여기 일중항 상태 에너지(eV)를 빛 파장(nm)으로 환산한 형광 파장(nm)를 산출했다.
또한, 최저 여기 일중항 상태의 안정 구조의 진동자 강도 f를 산출했다.
이 외에도, HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지와 LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지를 산출했다.
여기서 밀도함수이론(Density Functional Theory, DFT)에 의한 계산은 계산 소프트웨어로 Gaussian 16 (Gaussian Inc.)를 사용하여 다음 (I), (II) 및 (III)의 계산 방법으로 실시했다:
(I) S0 계산 방법: 범함수 B3LYP 기저 함수 6-31G (d, p), 톨루엔 용매 효과 (PCM)를 포함한 DFT에 의한 구조 최적화 계산;
(II) S1 계산 방법: 범함수 B3LYP 기저 함수 6-31G (d, p), 톨루엔 용매 효과 (PCM)을 포함한 시간 의존 (Time-dependent) DFT (TDDFT)에 의한 구조 최적화 계산;
(III) S0 계산 방법: 범함수 B3LYP 기저 함수 6-31G (d, p), 톨루엔 용매 효과 (PCM)를 포함한 DFT에 의한 입력 구조의 계산
보다 상세하게는 각 항목의 계산은 다음의 계산 방법을 이용하여 수행 했다:
기저 상태의 안정 구조의 기저 상태 에너지 [E(S0@S0)]: 상기 (I)의 계산 방법;
첫째 여기 일중항 상태의 안정 구조의 최저 여기 일중항 상태 에너지 [E(S1@S1)]: 상기 (II)의 계산 방법;
첫째 여기 일중항 상태의 안정 구조의 기저 상태 에너지 [E(S0@S1)]: 상기 (II) 및 상기 (III)의 계산 방법;
재배치 에너지, [E(S0@S1)] - [E(S0@S0)]: 상기 (I) 상기 (II) 및 상기 (III)의 계산 방법;
단열 최저 여기 일중항 상태 에너지 [E(S1@S1)] - [E(S0@S0)]: 상기 (I) 및 상기 (II)의 계산 방법;
형광 파장 (nm): 상기 (I) 및 상기 (II)의 계산 방법;
첫째 여기 일중항 상태의 안정 구조의 진동자 강도 f: 상기 (II)의 계산 방법;
HOMO 및 LUMO: 상기 (I)의 계산 방법을 사용하였다.
상기 계산에 따른 계산 값은 하기 표 9에 나타내었으며, 상기 에너지의 관계에 대한 정성적 설명은 도 4에 나타내었다.
(형광 발광 스펙트럼 폭(FWHM)의 측정)
축합환 화합물 R1 내지 R3의 1 × 10-5 M (= mol/dm3, mol/L)의 톨루엔 용액 각각에 대해 히타치 하이 테크놀로지 사의 분광 형광 광도계 F7000를 사용하여, 여기 파장 320nm로 실온에서 측정을 실시하는 것으로, 광 발광 (Photoluminescence, PL)의 형광 발광 피크 파장 (nm) 및 형광 발광 스펙트럼 폭 (FWHM)을 평가하였고, 그 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
화합물 밀도 함수 계산 실측
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV) 광 발광 (Photoluminescence, PL)의 형광 발광 피크 파장 (nm) 형광 발광 스펙트럼 폭 (FWHM)
R1 -4.88 -1.23 2.99 415 0.214 0.109 453 22
R2 -5.94 -2.36 2.96 419 0.161 0.132 451 26
R3 -5.02 -1.96 2.62 474 0.491 0.164 445 42
상기 표 2를 통하여, 밀도함수이론에 따른 계산에 의해 산출되는 형광 파장(nm)의 색상과 실측의 피크 파장은 어느 정도 가까운 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 밀도함수이론에 의한 계산으로 추측된 색감과 실측 색감과는 같은 계열 색상인 것을 확인할 수 있다.
여기서, 축합환 화합물 R1 내지 R3에서 실측한 PL의 형광 발광의 FWHM- 밀도함수이론에 의한 계산된 재배치 에너지(eV) 그래프를 도 5에 나타내었다. 도 5를 통하여, 밀도함수이론에 의한 계산된 재배치 에너지(eV)와 형광 발광의 FWHM은 재배치 에너지(eV)가 작을수록 형광 발광의 FWHM이 작아짐을 확인할 수 있다. 즉, 형광 발광 스펙트럼 폭이 좁아짐을 확인할 수 있다.
평가예 2: 본 발명의 화합물 및 비교예 화합물의 재배치 에너지의 계산
본 발명의 축합환 화합물인 화합물 1 내지 102, 201 내지 203, 301 내지 369, 401 내지 413 및 501 내지 532에 대하여 상기와 같이 밀도함수이론에 의한 계산을 하였다. 또한, 하기 비교예 화합물 C1 내지 C3에 대하여도 동일한 방법으로 계산을 하였다.
Figure pat00745
상기 화합물들에 대하여 계산된 HOMO(eV), LUMO(eV), 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV), 형광 파장 (nm), 진동자 강도 f 및 재배치 에너지 (eV)의 결과를 하기 표 3 내지 9를 통하여 나타내었다.
화합물 밀도 함수 계산
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV)
실시예 1 1 -5.48 -1.79 3.09 401 1.000 0.049
실시예 2 2 -5.44 -2.02 2.86 434 0.400 0.058
실시예 3 3 -5.52 -1.72 3.18 389 0.379 0.068
실시예 4 4 -5.34 -2.05 2.75 451 0.132 0.067
실시예 5 5 -5.48 -1.70 3.15 394 0.701 0.070
실시예 6 6 -5.41 -1.86 2.99 415 1.345 0.047
실시예 7 7 -5.37 -2.08 2.75 451 0.520 0.059
실시예 8 8 -5.45 -1.76 3.10 400 0.569 0.060
실시예 9 9 -5.47 -1.81 3.06 405 1.211 0.047
실시예 10 10 -5.42 -2.05 2.82 440 0.478 0.060
실시예 11 11 -5.51 -1.72 3.18 390 0.397 0.068
실시예 12 12 -5.33 -2.07 2.72 455 0.136 0.065
실시예 13 13 -5.48 -1.71 3.13 396 0.711 0.069
실시예 14 14 -5.41 -1.91 2.88 431 0.601 0.055
실시예 15 15 -5.38 -2.17 2.62 472 0.330 0.067
실시예 16 16 -5.40 -1.89 2.88 430 0.220 0.064
실시예 17 17 -5.28 -2.20 2.52 493 0.125 0.067
실시예 18 18 -5.38 -1.75 2.96 418 0.404 0.067
실시예 19 19 -5.35 -1.94 2.76 449 0.426 0.068
실시예 20 20 -5.31 -2.15 2.45 505 0.240 0.071
실시예 21 21 -5.32 -1.94 2.74 452 0.165 0.072
실시예 22 22 -5.22 -2.22 2.41 514 0.111 0.071
실시예 23 23 -5.31 -1.78 2.85 434 0.258 0.074
실시예 24 24 -5.54 -1.66 3.27 379 0.987 0.053
실시예 25 25 -5.55 -1.80 3.14 394 0.894 0.070
실시예 26 26 -5.54 -1.47 3.44 361 0.539 0.066
실시예 27 27 -5.56 -1.88 3.09 401 0.836 0.065
실시예 28 28 -5.57 -1.85 3.15 394 0.778 0.055
실시예 29 29 -5.45 -1.76 3.09 401 0.933 0.049
실시예 30 30 -5.41 -1.99 2.86 434 0.377 0.059
실시예 31 31 -5.47 -1.67 3.18 390 0.339 0.072
실시예 32 32 -5.30 -2.02 2.74 452 0.122 0.073
실시예 33 33 -5.44 -1.67 3.15 394 0.667 0.068
실시예 34 34 -5.36 -1.73 3.05 406 1.187 0.047
실시예 35 35 -5.31 -1.95 2.81 441 0.448 0.057
실시예 36 36 -5.45 -1.66 3.18 389 0.342 0.070
실시예 37 37 -5.23 -1.99 2.72 456 0.120 0.061
화합물 밀도 함수 계산
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV)
실시예 38 38 -5.39 -1.63 3.14 395 0.686 0.066
실시예 39 39 -5.33 -1.69 3.06 406 1.138 0.045
실시예 40 40 -5.28 -1.92 2.81 441 0.426 0.057
실시예 41 41 -5.41 -1.61 3.18 390 0.333 0.070
실시예 42 42 -5.20 -1.95 2.71 457 0.115 0.065
실시예 43 43 -5.36 -1.60 3.14 395 0.668 0.064
실시예 44 44 -5.50 -1.66 3.25 382 0.333 0.074
실시예 45 45 -5.31 -1.93 2.81 442 0.190 0.077
실시예 46 46 -5.39 -1.73 3.05 406 0.234 0.072
실시예 47 47 -5.23 -2.03 2.64 469 0.180 0.069
실시예 48 48 -5.32 -1.75 2.99 415 0.208 0.097
실시예 49 49 -5.19 -2.06 2.58 481 0.173 0.070
실시예 50 50 -5.45 -1.65 3.20 388 0.926 0.041
실시예 51 51 -5.43 -1.92 2.96 420 0.291 0.086
실시예 52 52 -5.57 -1.54 3.37 368 0.456 0.063
실시예 53 53 -5.42 -1.93 2.95 420 0.124 0.067
실시예 54 54 -5.50 -1.58 3.26 380 0.431 0.068
실시예 55 55 -5.26 -2.10 2.61 475 0.353 0.051
실시예 56 56 -5.30 -1.74 2.95 420 0.266 0.049
실시예 57 57 -5.23 -2.07 2.60 477 0.109 0.078
실시예 58 58 -5.27 -1.70 2.93 423 0.397 0.066
실시예 59 59 -5.18 -1.85 2.71 458 0.501 0.089
실시예 60 60 -5.16 -1.79 2.78 445 0.220 0.049
실시예 61 61 -5.15 -2.13 2.45 505 0.105 0.075
실시예 62 62 -5.18 -1.73 2.81 442 0.352 0.062
실시예 63 63 -5.28 -1.81 2.86 434 0.716 0.053
실시예 64 64 -5.29 -1.79 2.88 430 0.194 0.070
실시예 65 65 -5.27 -1.65 2.97 418 0.402 0.065
실시예 66 66 -5.23 -1.84 2.78 446 0.513 0.091
실시예 67 67 -5.22 -1.68 2.86 433 0.263 0.072
실시예 68 68 -5.30 -2.00 2.73 454 0.203 0.075
실시예 69 69 -5.22 -1.65 2.97 417 0.273 0.066
실시예 70 70 -5.27 -1.82 2.90 427 0.284 0.086
실시예 71 71 -5.28 -1.83 2.92 425 0.105 0.065
실시예 72 72 -5.18 -1.60 2.93 423 0.372 0.061
실시예 73 73 -5.09 -1.71 2.78 446 0.196 0.053
실시예 74 74 -5.10 -1.64 2.82 440 0.322 0.057
화합물 밀도 함수 계산
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV)
실시예 75 75 -5.31 -1.85 2.85 434 0.764 0.054
실시예 76 76 -5.34 -1.83 2.88 430 0.208 0.072
실시예 77 77 -5.31 -1.69 2.96 419 0.427 0.067
실시예 78 78 -5.27 -1.88 2.75 451 0.550 0.068
실시예 79 79 -5.26 -1.73 2.85 435 0.284 0.075
실시예 80 80 -5.48 -1.91 2.95 420 0.201 0.100
실시예 81 81 -5.57 -1.71 3.23 384 0.465 0.090
실시예 82 82 -5.40 -2.05 2.79 445 0.207 0.080
실시예 83 83 -4.86 -1.31 2.94 421 0.401 0.074
실시예 84 84 -4.85 -1.34 2.91 427 0.614 0.084
실시예 85 85 -5.32 -1.87 2.84 437 0.117 0.096
실시예 86 86 -4.98 -1.23 3.16 393 0.207 0.060
실시예 87 87 -4.96 -1.24 3.11 399 0.449 0.087
실시예 88 88 -5.25 -1.89 2.76 449 0.120 0.089
실시예 89 89 -4.95 -1.22 3.11 399 0.203 0.061
실시예 90 90 -4.93 -1.26 3.06 405 0.439 0.095
실시예 91 91 -5.54 -1.52 3.43 361 0.184 0.051
실시예 92 92 -5.31 -2.01 2.75 451 0.131 0.062
실시예 93 93 -5.26 -2.03 2.69 461 0.127 0.063
실시예 94 94 -5.39 -1.57 3.23 384 0.252 0.078
실시예 95 95 -5.35 -1.77 2.97 417 0.130 0.099
실시예 96 96 -4.87 -1.43 2.84 437 0.820 0.054
실시예 97 97 -4.85 -1.36 2.89 429 0.564 0.056
실시예 98 98 -4.73 -1.71 2.47 502 0.187 0.080
실시예 99 99 -4.84 -1.37 2.85 435 0.667 0.065
실시예 100 100 -4.71 -1.18 2.85 436 0.577 0.055
실시예 101 101 -4.71 -1.21 2.81 441 0.568 0.056
실시예 102 102 -4.66 -1.14 2.84 437 0.592 0.055
비교예 1 C1 -5.46 -2.01 2.82 440 0.006 0.142
비교예 2 C2 -5.47 -2.15 2.73 454 0.001 0.230
비교예 3 C3 -5.07 -1.52 2.90 428 0.323 0.114
비교예 4 C4 -5.52 -1.27 3.49 355 0.032 0.191
비교예 5 C5 -4.65 -1.10 2.84 437 0.079 0.175
Figure pat00746
Figure pat00747
화합물 밀도 함수 계산
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV)
실시예 103 201 -4.87 -1.49 2.94 421 0.420 0.073
실시예 104 202 -4.83 -1.41 2.96 420 0.403 0.061
실시예 105 203 -4.81 -1.47 2.92 425 0.477 0.062
실시예 106 301 -5.37 -1.99 2.83 439 0.382 0.065
실시예 107 302 -5.39 -2.05 2.79 445 0.385 0.080
실시예 108 303 -5.44 -2.06 2.83 438 0.403 0.056
실시예 109 304 -5.42 -2.03 2.84 437 0.390 0.056
실시예 110 305 -5.49 -1.85 3.05 407 0.945 0.056
실시예 111 306 -5.47 -1.82 3.06 405 0.939 0.053
실시예 112 307 -5.33 -1.94 2.88 431 0.380 0.094
실시예 113 308 -4.87 -1.38 2.88 431 0.539 0.079
실시예 114 309 -5.56 -1.77 3.18 390 0.544 0.074
실시예 115 310 -4.84 -1.37 2.86 434 0.526 0.058
실시예 116 311 -4.88 -1.30 2.94 422 0.374 0.079
실시예 117 312 -4.83 -1.27 2.94 422 0.418 0.073
실시예 118 313 -4.83 -1.28 2.93 422 0.389 0.075
실시예 119 314 -4.87 -1.30 2.95 420 0.380 0.072
실시예 120 315 -4.83 -1.27 2.95 421 0.396 0.071
실시예 121 316 -4.86 -1.31 2.92 424 0.360 0.079
실시예 122 317 -4.82 -1.28 2.92 424 0.375 0.078
실시예 123 318 -4.85 -1.31 2.92 425 0.346 0.079
실시예 124 319 -4.82 -1.28 2.92 425 0.360 0.078
실시예 125 320 -4.88 -1.38 2.89 429 0.563 0.070
실시예 126 321 -4.87 -1.38 2.89 429 0.519 0.068
실시예 127 322 -4.89 -1.38 2.90 427 0.584 0.067
실시예 128 323 -4.88 -1.38 2.90 428 0.528 0.063
실시예 129 324 -4.86 -1.36 2.89 429 0.612 0.056
실시예 130 325 -4.79 -1.31 2.88 430 0.633 0.055
실시예 131 326 -4.87 -1.31 2.94 421 0.455 0.073
실시예 132 327 -4.83 -1.28 2.94 422 0.469 0.072
실시예 133 328 -4.85 -1.34 2.90 428 0.459 0.065
실시예 134 329 -4.82 -1.31 2.90 428 0.472 0.064
실시예 135 330 -4.86 -1.36 2.89 429 0.584 0.057
실시예 136 331 -4.86 -1.36 2.89 429 0.585 0.056
실시예 137 332 -4.79 -1.30 2.88 430 0.604 0.056
실시예 138 333 -4.79 -1.30 2.88 430 0.606 0.055
실시예 139 334 -4.87 -1.31 2.94 422 0.412 0.074
화합물 밀도 함수 계산
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV)
실시예 140 335 -4.87 -1.31 2.94 422 0.396 0.075
실시예 141 336 -4.83 -1.27 2.94 422 0.425 0.074
실시예 142 337 -4.83 -1.28 2.94 422 0.406 0.075
실시예 143 338 -4.87 -1.35 2.92 425 0.573 0.057
실시예 144 339 -4.88 -1.37 2.90 428 0.609 0.057
실시예 145 340 -4.87 -1.37 2.89 429 0.569 0.058
실시예 146 341 -4.92 -1.41 2.90 428 0.564 0.060
실시예 147 342 -4.89 -1.31 2.96 418 0.404 0.074
실시예 148 343 -4.89 -1.32 2.95 420 0.463 0.073
실시예 149 344 -4.88 -1.32 2.94 422 0.369 0.076
실시예 150 345 -4.94 -1.37 2.95 420 0.407 0.078
실시예 151 346 -5.57 -1.96 3.05 407 0.939 0.044
실시예 152 347 -5.14 -1.70 2.90 428 1.028 0.042
실시예 153 348 -5.46 -2.10 2.81 441 0.626 0.035
실시예 154 349 -5.13 -1.74 2.84 437 0.902 0.044
실시예 155 350 -5.60 -1.88 3.17 390 0.229 0.080
실시예 156 351 -5.17 -1.60 3.02 411 0.612 0.079
실시예 157 352 -5.13 -1.64 2.96 419 0.337 0.070
실시예 158 353 -4.82 -1.38 2.90 427 0.667 0.053
실시예 159 354 -5.47 -2.07 2.85 435 0.176 0.070
실시예 160 355 -5.15 -1.68 2.91 426 0.423 0.080
실시예 161 356 -5.13 -1.73 2.86 434 0.340 0.073
실시예 162 357 -5.49 -1.96 2.92 424 0.198 0.099
실시예 163 358 -4.88 -1.47 2.81 441 0.554 0.070
실시예 164 359 -4.88 -1.38 2.89 429 0.560 0.070
실시예 165 360 -5.43 -1.89 2.96 419 0.732 0.059
실시예 166 361 -4.89 -1.42 2.87 432 0.455 0.071
실시예 167 362 -4.89 -1.33 2.95 421 0.418 0.081
실시예 168 363 -5.48 -1.89 3.00 414 0.365 0.098
실시예 169 364 -4.86 -1.35 2.90 427 0.544 0.053
실시예 170 365 -4.87 -1.30 2.96 418 0.447 0.063
실시예 171 366 -5.48 -1.87 3.10 400 1.036 0.053
실시예 172 367 -5.51 -2.10 2.86 434 0.378 0.065
실시예 173 368 -4.99 -1.48 2.92 425 0.602 0.053
실시예 174 369 -5.02 -1.43 2.98 416 0.476 0.059
화합물 밀도 함수 계산
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV)
실시예 175 401 -4.99 -1.40 2.98 415 0.488 0.061
실시예 176 402 -4.94 -1.38 2.97 418 0.501 0.058
실시예 177 403 -4.79 -1.25 2.93 424 0.432 0.073
실시예 178 404 -4.76 -1.21 2.93 423 0.437 0.073
실시예 179 405 -4.85 -1.27 2.97 418 0.466 0.064
실시예 180 406 -4.82 -1.27 2.94 421 0.471 0.061
실시예 181 407 -5.44 -2.06 2.82 440 0.313 0.089
실시예 182 408 -5.39 -2.10 2.74 452 0.329 0.091
실시예 183 409 -5.44 -2.12 2.77 447 0.376 0.075
실시예 184 410 -5.35 -2.07 2.74 453 0.399 0.071
실시예 185 411 -5.33 -2.05 2.74 452 0.405 0.070
실시예 186 412 -5.33 -2.04 2.75 451 0.401 0.070
실시예 187 413 -5.37 -2.06 2.77 448 0.410 0.063
화합물 밀도 함수 계산
HOMO(eV) LUMO(eV) 단열 최저 여기 일중항 상태(S1) 에너지 (eV) 형광 파장 (nm) 진동자 강도 f 재배치 에너지 (eV)
실시예 188 501 -4.74 -1.23 2.91 426 0.443 0.068
실시예 189 502 -4.90 -1.35 2.95 420 0.505 0.058
실시예 190 503 -4.75 -1.22 2.93 423 0.468 0.060
실시예 191 504 -4.78 -1.26 2.91 426 0.427 0.068
실시예 192 505 -4.93 -1.38 2.96 419 0.489 0.056
실시예 193 506 -4.79 -1.26 2.93 423 0.443 0.060
실시예 194 507 -4.99 -1.45 2.94 422 0.511 0.057
실시예 195 508 -4.85 -1.32 2.92 425 0.455 0.059
실시예 196 509 -4.96 -1.42 2.93 423 0.521 0.059
실시예 197 510 -4.82 -1.29 2.92 425 0.474 0.060
실시예 198 511 -4.96 -1.42 2.93 423 0.505 0.059
실시예 199 512 -4.82 -1.30 2.92 425 0.462 0.059
실시예 200 513 -4.96 -1.48 2.85 435 0.382 0.078
실시예 201 514 -4.62 -1.33 2.66 466 0.310 0.099
실시예 202 515 -4.76 -1.24 2.91 425 0.438 0.068
실시예 203 516 -4.92 -1.36 2.96 420 0.502 0.058
실시예 204 517 -4.78 -1.24 2.93 423 0.464 0.060
실시예 205 518 -4.80 -1.28 2.91 425 0.422 0.068
실시예 206 519 -4.95 -1.40 2.96 419 0.484 0.056
실시예 207 520 -4.81 -1.27 2.93 423 0.438 0.060
실시예 208 521 -4.99 -1.45 2.94 422 0.494 0.057
실시예 209 522 -4.86 -1.33 2.92 425 0.442 0.059
실시예 210 523 -4.99 -1.48 2.92 425 0.654 0.053
실시예 211 524 -4.95 -1.42 2.92 424 0.682 0.053
실시예 212 525 -4.87 -1.36 2.91 427 0.588 0.053
실시예 213 526 -4.82 -1.30 2.92 425 0.615 0.053
실시예 214 527 -4.96 -1.45 2.91 426 0.620 0.053
실시예 215 528 -4.91 -1.39 2.92 425 0.648 0.053
실시예 216 529 -4.82 -1.32 2.90 428 0.560 0.054
실시예 217 530 -4.78 -1.26 2.91 427 0.586 0.053
실시예 218 531 -4.95 -1.42 2.93 424 0.630 0.053
실시예 219 532 -4.82 -1.30 2.92 425 0.569 0.053
여기서, 상기 표 3 내지 표 9의 결과에서 알 수 있듯이, 본원의 축합환 화합물 1 내지 102, 201 내지 203, 301 내지 369, 401 내지 413 및 501 내지 532의 재배치 에너지가 0.100eV 이하이며, 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3보다 그 값이 작다. 때문에 도 5를 참조하면, 본원의 축합환 화합물은 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3보다 더 작은 FWHM 및 높은 색순도를 가짐을 알 수 있다.
또한, 비교예 화합물 C1 내지 C5는 재배치 에너지가 0.114eV 이상이며, 이 값은 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3와 동등 또는 이상이 되는 값이며, 도 5를 참조하면, 비교예 화합물 C1 내지 C3은 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3과 비교하여 동등하거나 더 큰 FWHM 및 동등하거나 더 작은 색순도를 가짐을 알 수 있다.
그리고 상기 표 3 내지 표 9에서 확인할 수 있듯이, 본원의 축합환 화합물은 비교예 화합물 C1 내지 C5와 비교하여 재배치 에너지(eV)의 값이 현저하게 작다. 이로부터, 본원의 축합환 화합물은 비교예 화합물 C1 내지 C5에 비하여 현저하게 낮은 FWHM 및 현저하게 높은 색순도를 가짐을 알 수 있다.
따라서, 본원의 축합환 화합물은 스펙트럼 폭이 매우 좁고, 색순도가 높은 형광 발광, 특히 색순도가 높은 청색 형광 발광을 보임을 확인할 수 있다. 또한, 본원의 축합환 화합물은 충분한 크기의 진동자 강도 f를 가지고 있으며, 형광 발광 효율 역시 우수한 것을 확인할 수 있다.
평가예 3: 본 발명의 축합환 화합물에 대한 형광 발광 스펙트럼 폭 (FWHM)의 측정
본 발명의 축합환 화합물의 특성을 실험으로 확인하였으며, 본 발명의 축합환 화합물을 대표하여 화합물 100, 화합물 202 및 화합물 301을 사용했다.
본 발명에 따른 화합물 100, 화합물 202 및 화합물 301의 1 × 10-5 M (=mol/dm3, mol/L)의 톨루엔 용액 각각에 대하여, 히타치 하이테크 사이언스 사의 분광 형광 광도계 F7000를 이용하여, 실온에서 여기 파장 320nm로 측정을 실시하였으며, 광발광 (Photoluminescence, PL)의 형광 발광 피크 파장 (nm) 및 형광 발광 스펙트럼 폭 (형광 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭, FWHM)을 평가했다.
또한, 본 평가에서 형광 발광 피크 파장은 특별히 제한되지 않지만, 청색 발광 영역 내에있는 것이 바람직하며, 440nm 이상 465nm 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 본 평가에서 형광 발광 스펙트럼 폭 FWHM은 작을수록 바람직하고, 높은 색순도를 가진다고 볼 수 있다. 이러한 측정 결과를 하기 표 10에 나타낸다. 또한, 하기 표 10에는 위와 같이 동일한 방법으로 측정한 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3의 결과도 함께 나타냈다.
화합물 PL 발광 파장 (nm) PL FWHM (nm)
100 461 18
202 457 20
301 441 14
R1 453 22
R2 451 26
R3 445 42
상기 표 10의 결과로부터, 본원의 축합환 화합물인 화합물 100, 화합물 202 및 화합물 301은 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3과 비교하여 PL FWHM이 더 작은 것을 알 수 있다. 즉, 상기 결과를 통하여, 본원의 축합환 화합물은 PL 형광 발광에서 스펙트럼 폭이 매우 좁고, 색 순도가 높은 청색 형광 발광을 나타내는 것을 알 수 있다.
[유기 발광 소자 실시예]
소자 실시예 1
ITO 유리 기판을 50mm × 50mm × 0.5mm 크기로 썰고, 아세톤, 이소 프로필 알코올, 증류수의 순으로 각각 15 분간 초음파 세척을 한 후 30 분 동안 UV 오존 세정을 했다.
그 후, 상기 ITO 전극 상에 F6-TCNNQ을 증착하여 두께 10nm의 정공 주입 층을 형성한 후, 상기 정공 주입층 위에 화합물 HT1을 증착하여 두께 126nm의 정공 수송층을 형성한 후, 상기 정공 수송층 상에 화합물 o-CBP을 증착하여 두께 10nm 두께의 전자 저지층을 형성하였다.
상기 전자 저지층 상에 화합물 o-CBP 및 화합물 mCBP-2CN (호스트) 및 화합물 100 (도펀트)을 공증착하여 두께 40nm의 발광층을 형성하였다. 여기서, 화합물 o-CBP 및 화합물 mCBP-2CN의 질량비는 60 : 40 이였으며, 화합물 100의 농도는 화합물 o-CBP, 화합물 mCBP-2CN 및 화합물 100의 총 질량 (즉, 발광층의 총 질량)에 대하여 1.5 중량 %가 되도록 하였다.
상기 발광층 상에 화합물 mCBP-2CN을 증착하여 두께 10nm의 정공 저지층을 형성한 후, 상기 정공 저지층 상에 화합물 ET17 및 LiQ을 5 : 5의 중량비로 공증착하여 두께 36nm의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 LiQ을 증착하여 두께 0.5nm의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에 두께 80nm의 Al 전극을 형성함으로서, 발광 소자를 제조하였다.
그 후, 수분 농도 1ppm 이하, 산소 농도 1ppm 이하의 질소 분위기의 글로브 박스 중에서 건조된 유리 밀봉관과, 자외선 경화형 수지 (MORESCO제, 제품명 WB90US)를 이용하여 상기 공정에서 제작한 발광 소자를 밀봉하여, 유기 발광 소자를 완성하였다.
소자 실시예 2
발광층의 형성시 화합물 100 대신 화합물 202을 사용한 것을 제외하고는, 소자 실시예 1과 동일하게 하여 발광 소자를 제작하고, 밀봉하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
소자 실시예 3
발광층의 형성시 하기와 같이 형성한 것을 제외하고는, 소자 실시예 1과 동일하게 하여 발광 소자를 제작하고, 밀봉하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
소자 실시예 3의 발광층 형성
전자 저지층 상에 화합물 o-CBP 및 화합물 mCBP-2CN (호스트), 화합물 Pt1(센서타이저) 및 화합물 100(도펀트)을 공증착하여 두께 40nm의 발광층을 형성했다. 여기서, 화합물 o-CBP, 화합물 mCBP-2CN 및 화합물 Pt1의 질량비는 60 : 40 : 10이였으며, 화합물 100의 농도는 화합물 o-CBP, 화합물 mCBP-2CN, 화합물 Pt1 및 화합물 100의 총 질량 (즉, 발광층의 총 질량)에 대하여 1.5 중량%가 되도록 하였다.
Figure pat00748
소자 실시예 4
발광층 형성시 화합물 100 대신 화합물 202를 사용한 것을 제외하고는, 상기 소자 실시예 3과 동일하게 발광 소자를 제작하고, 밀봉하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
소자 비교예 1
발광층 형성시 화합물 100 대신 화합물 R1를 사용한 것을 제외하고는, 상기 소자 실시예 1과 동일하게 발광 소자를 제작하고, 밀봉하여 유기 발광 소자를 완성하였다.
평가예 4: 유기 발광 소자 평가
상기 소자 실시예 1 내지 4 및 소자 비교예 1에서 제작된 유기 발광 소자의 특성을 평가하기 위하여 유기 발광 소자의 밝기, 외부 양자 효율 및 소자 수명을 측정하였다. 유기 발광 소자의 직류 정전압 전원 (KEITHLEY 제 소스 미터 (source meter) 2400형)를 이용하여 유기 발광 소자의 전압을 변화시키면서 발광시키고, 이 때의 밝기, 발광 스펙트럼 및 발광량을 휘도 측정 장치(Topcon 제 SR-3)로 측정하였다. 여기서, 외부 양자 효율은 발광 스펙트럼 발광량 및 측정시의 전류 값에서 계산되었다.
LT95은 소자 수명의 평가 결과를 나타내는 것으로, 초기 휘도가 1,000cd/m2되는 전류 값에서 연속 운전 시간 경과와 함께 감소하는 발광 휘도가 초기 휘도의 95 %가 될 때까지의 시간을 측정하였으며, 소자 비교예 1의 LT95 [hr]를 1로 한 상대값으로 나타내었다. 유기 발광 소자의 특성 평가 결과는 하기 표 11에 나타내었다.
발광 파장 (nm) FWHM (nm) 외부 양자 효율
(%)		 LT95
소자 실시예 1 468 23 9.1 4.6
소자 실시예 2 463 25 6.9 2.2
소자 실시예 3 468 24 17.0 20.1
소자 실시예 4 464 25 16.8 16.6
소자 비교예 1 460 27 4.9 1
상기 표 11의 결과로부터, 본원의 축합환 화합물인 화합물 100 및 화합물 202은 발광 소자의 발광에서 스펙트럼 폭이 매우 좁고, 색 순도가 높은 청색 형광 발광을 나타내는 것을 알 수 있으며, 본원의 축합환 화합물인 화합물 100 및 화합물 202은 외부 양자 효율이 뛰어나 발광 효율이 뛰어난 소자 수명도 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 본원의 축합환 화합물인 화합물 100 및 화합물 202, 센서타이저인 화합물 Pt1을 함께 포함하는 소자 실시예 3 및 4는 본원의 축합환 화합물을 단독으로 사용한 소자 실시예 1 및 2와 비교하여 동등한 발광 피크 파장 및 발광 스펙트럼 폭 (FWHM)을 가지면서도, 외부 양자 효율 및 LT95이 현저하게 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 축합환 화합물과 센서타이저를 함께 포함하는 경우, 유기 발광 소자의 발광 효율 및 소자 수명이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.
또한, 이러한 결과는 위의 시뮬레이션 평가에 있어서 본원의 축합환 화합물의 재배치 에너지는 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3보다 작고, 본원의 축합환 화합물의 FWHM은 공지의 축합환 화합물 R1 내지 R3보다 작아지는 경향과 일치함을 알 수 있다(도 5 참조).
따라서, 본원의 축합환 화합물을 사용하는 유기 발광 소자는 본원 발명의 축합환 화합물이 아닌, 즉 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹을 포함하지 않는 비교예 화합물 C1 내지 C5을 포함하는 발광 소자와 비교하여, 스펙트럼 폭이 좁고 색 순도가 높은 형광 발광, 특히, 색 순도가 높은 청색 형광 발광을 나타내는 것이라 추론할 수 있다.
이상의 실험에서는 본 발명의 축합환 화합물을 대표하여 화합물 100, 화합물 202 및 화합물 301을 사용했다. 그러나 위의 시뮬레이션 평가로 대표되는 바와 같이, 다른 본 발명의 축합환 화합물도 이와 유사한 특성을 갖는 것으로 추정된다. 이 때문에 다른 본 발명의 축합환 화합물 및 이를 사용하는 유기 발광 소자도 이와 유사한 색 순도가 높은 형광 발광, 특히 색순도가 높은 청색 형광 발광을 나타낼 것이며, 우수한 발광 효율 및 뛰어난 소자 수명을 나타낼 것이다.
본 발명에 대해 상기 합성예 및 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1 기판
2 제1전극
3 정공 수송 영역
31 정공 주입층
32 정공 수송층
33 전자 저지층
4 발광층
5 전자 수송 영역
51 전자 주입층
52 전자 수송층
53 정공 저지층
6 제2전극
10 발광 소자

Claims (22)

  1. 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는, 축합환 화합물:
    <화학식 1-1>
    Figure pat00749

    <화학식 1-2>
    Figure pat00750

    <화학식 2-1>
    Figure pat00751

    <화학식 2-2>
    Figure pat00752

    <화학식 3>
    Figure pat00753

    상기 화학식 1-1 및 1-2 중,
    CY1 내지 CY3는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
    CY1 및 CY2 중 적어도 하나는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹이고,
    X1은 O, S, Se, Te, N(R1a) 또는 C(R1a)(R1b)이고,
    X2은 O, S, Se, Te, N(R2a) 또는 C(R2a)(R2b)이고,
    Y1는 O, S, Se, Te, N(R3a) 또는 C(R3a)(R3b)이고,
    Z1은 B, Al, Si(R4a), Ge(R4a), P, P(=O) 또는 P(=S)이고,
    R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 서로 독립적으로 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C3-C60카보시클릭 그룹, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, -Si(Q1)(Q2)(Q3), -N(Q1)(Q2), -B(Q1)(Q2), -C(=O)(Q1), -S(=O)2(Q1) 또는 -P(=O)(Q1)(Q2);이고,
    R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 선택적으로(optionally) 서로 결합하거나 단일 결합을 통하여, 적어도 하나의 R10a로 치환 또는 비치환된 C8-C60 폴리시클릭 그룹을 형성할 수 있고,
    d1 내지 d3은 서로 독립적으로 0 내지 20의 정수 중 하나이고,
    화학식 2-1 및 화학식 2-2 중,
    CY11 및 CY12는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 그룹이고,
    CY13의 점선으로 표시된 결합 중 하나는 CY1 또는 CY2의 실선으로 표시된 부분과의 결합 사이트이고,
    상기 화학식 3 중,
    CY4 내지 CY6는 서로 독립적으로 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
    X4은 O, S, Se, Te, N(R5a) 또는 C(R5a)(R5b)이고,
    X5은 O, S, Se, Te, N(R6a) 또는 C(R6a)(R6b)이고,
    Z2은 B, Al, Si(R7a), Ge(R7a), P, P(=O) 또는 P(=S)이고,
    상기 R5a 내지 R7a 및 R5b 내지 R6b은 서로 독립적으로 R1a에 대한 설명을 참조하고,
    상기 R10a는,
    중수소(-D), -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 또는 니트로기;
    중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, -Si(Q11)(Q12)(Q13), -N(Q11)(Q12), -B(Q11)(Q12), -C(=O)(Q11), -S(=O)2(Q11), -P(=O)(Q11)(Q12), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, 또는 C1-C60알콕시기;
    중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, -Si(Q21)(Q22)(Q23), -N(Q21)(Q22), -B(Q21)(Q22), -C(=O)(Q21), -S(=O)2(Q21), -P(=O)(Q21)(Q22), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C3-C60카보시클릭 그룹, C1-C60헤테로시클릭 그룹, C6-C60아릴옥시기, 또는 C6-C60아릴티오기; 또는
    -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31), 또는 -P(=O)(Q31)(Q32);이고,
    상기 Q1 내지 Q3, Q11 내지 Q13, Q21 내지 Q23 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, 수소; 중수소; -F; -Cl; -Br; -I; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; C1-C60알킬기; C2-C60알케닐기; C2-C60알키닐기; C1-C60알콕시기; 또는 중수소, -F, 시아노기, C1-C60알킬기, C1-C60알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, C3-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹;이다.
  2. 제1항에 있어서,
    CY1 내지 CY3는 서로 독립적으로, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 안트라센 그룹, 페난트렌 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 시클로펜타디엔 그룹, 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌(1,2,3,4-tetrahydronaphthalene) 그룹, 티오펜 그룹, 퓨란 그룹, 인돌 그룹, 벤조보롤 그룹, 벤조포스폴 그룹, 인덴 그룹, 벤조실롤 그룹, 벤조저몰 그룹, 벤조티오펜 그룹, 벤조셀레노펜 그룹, 벤조퓨란 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조보롤 그룹, 디벤조포스폴 그룹, 플루오렌 그룹, 디벤조실롤 그룹, 디벤조저몰 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 디벤조셀레노펜 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 5-옥사이드 그룹, 9H-플루오렌-9-온 그룹, 디벤조티오펜 5,5-다이옥사이드 그룹, 아자인돌 그룹, 아자벤조보롤 그룹, 아자벤조포스폴 그룹, 아자인덴 그룹, 아자벤조실롤 그룹, 아자벤조저몰 그룹, 아자벤조티오펜 그룹, 아자벤조셀레노펜 그룹, 아자벤조퓨란 그룹, 아자카바졸 그룹, 아자디벤조보롤 그룹, 아자디벤조포스폴 그룹, 아자플루오렌 그룹, 아자디벤조실롤 그룹, 아자디벤조저몰 그룹, 아자디벤조티오펜 그룹, 아자디벤조셀레노펜 그룹, 아자디벤조퓨란 그룹, 아자디벤조티오펜 5-옥사이드 그룹, 아자-9H-플루오렌-9-온 그룹, 아자디벤조티오펜 5,5-다이옥사이드 그룹, 인돌로카바졸 그룹, 피리딘 그룹, 피리미딘 그룹, 피라진 그룹, 피리다진 그룹, 트리아진 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 페난트롤린 그룹, 피롤 그룹, 피라졸 그룹, 이미다졸 그룹, 트리아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이소옥사졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 티아디아졸 그룹, 벤조피라졸 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 벤조티아졸 그룹, 벤조옥사디아졸 그룹, 벤조티아디아졸 그룹, 5,6,7,8-테트라히드로이소퀴놀린(5,6,7,8-tetrahydroisoquinoline) 그룹, 5,6,7,8-테트라히드로퀴놀린(5,6,7,8-tetrahydroquinoline) 그룹 또는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹이고,
    CY1 및 CY2 중 적어도 하나는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹인, 축합환 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    CY3은 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 디벤조 실롤 그룹, 카바졸 그룹, 디벤조티오펜 그룹 또는 디벤조퓨란 그룹인, 축합환 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    CY11 및 CY12는 서로 독립적으로, 벤젠 그룹 또는 상기 화학식 3로 표시되는 그룹인, 축합환 화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 조건 1 내지 3 중 적어도 하나를 만족하는, 축합환 화합물:
    [조건 1]
    CY1은 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹임
    [조건 2]
    CY2은 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹임
    [조건 3]
    CY1 및 CY2는 상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹임.
  6. 제1항에 있어서,
    화학식 1-1 중
    Figure pat00754
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-1 내지 3-8 중 하나로 표시되고,
    화학식 1-1 중
    Figure pat00755
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-1 내지 4-8 중 하나로 표시되되, 상기
    Figure pat00756
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-8이고,
    Figure pat00757
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-8인 경우는 제외되는, 축합환 화합물:
    Figure pat00758

    Figure pat00759

    상기 화학식 3-1 내지 3-8 및 4-1 내지 4-8 중,
    CY11 및 CY12에 대한 설명은 각각 제1항을 참조하고,
    CY21 및 CY22에 대한 설명은 각각 제1항의 CY11을 참조하고,
    R11 및 R12에 대한 설명은 각각 제1항의 R1에 대한 설명을 참조하고,
    R21 및 R22에 대한 설명은 각각 제1항의 R2에 대한 설명을 참조하고,
    d11, d12, d21 및 d22는 서로 독립적으로, 0 내지 10의 정수 중 하나이고,
    d13 및 d23은 서로 독립적으로, 0 내지 2의 정수 중 하나이고,
    *1은 화학식 1-1 중 X1과의 결합 사이트이고,
    *'1은 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트이고,
    *2은 화학식 1-1 중 X2와의 결합 사이트이고,
    *'2는 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트이다.
  7. 제1항에 있어서,
    화학식 1-2 중
    Figure pat00760
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-11 내지 3-16 중 하나로 표시되고, 화학식 1-2 중
    Figure pat00761
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-11 내지 4-16 중 하나로 표시되되,
    Figure pat00762
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-16이고,
    Figure pat00763
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-16인 경우는 제외되는, 축합환 화합물:
    Figure pat00764

    Figure pat00765

    상기 화학식 3-11 내지 3-16 및 4-11 내지 4-16 중,
    CY11 및 CY12에 대한 설명은 각각 제1항을 참조하고,
    CY21 및 CY22에 대한 설명은 각각 제1항의 CY11을 참조하고,
    R11 및 R12에 대한 설명은 각각 제1항의 R1에 대한 설명을 참조하고,
    R21 및 R22에 대한 설명은 각각 제1항의 R2에 대한 설명을 참조하고,
    d11, d12, d21 및 d22는 서로 독립적으로, 0 내지 10 의 정수 중 하나이고,
    d14 및 d24는 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중 하나이고,
    *1은 화학식 1-2 중 X1과의 결합 사이트이고,
    *'1은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트이고,
    *''1은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트이고,
    *2은 화학식 1-2 중 X2과의 결합 사이트이고,
    *'2은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트이고,
    *''2은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2-1 또는 2-2로 표시되는 그룹은 하기 화학식 2-11 내지 2-22 중 하나로 표시되는 그룹인, 축합환 화합물:
    Figure pat00766

    Figure pat00767

    상기 화학식 2-11 내지 2-22 중,
    상기 X31, X32 및 Z31에 대한 설명은 각각 제1항의 설명을 참조하고,
    상기 CY13의 점선으로 표시된 결합 중 하나는 CY1 또는 CY2의 실선으로 표시된 부분과의 결합 사이트이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1-1 또는 화학식 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 5-12 및 화학식 6-1 내지 6-12 중 하나로 표시되는, 축합환 화합물:
    Figure pat00768

    Figure pat00769

    Figure pat00770

    Figure pat00771

    상기 화학식 5-1 내지 5-12 및 6-1 내지 6-12 중,
    R11 내지 R13에 대한 설명은 각각 제1항의 R1에 대한 설명을 참조하고,
    R21 내지 R23 및 R26 내지 R28에 대한 설명은 각각 제1항의 R2에 대한 설명을 참조하고,
    R31에 대한 설명은 제1항의 R3에 대한 설명을 참조하고,
    d11, d15, d21, d26 및 d28은 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중 하나이고,
    d12, d14, d22, d24 및 d27는 서로 독립적으로, 0 내지 4의 정수 중 하나이고,
    d13, d23 및 d25은 서로 독립적으로, 0 내지 2의 정수 중 하나이고,
    d31는 0 내지 20의 정수 중 하나이고,
    Y2에 대한 설명은 제1항의 Y1에 대한 설명을 참조하고,
    CY3, X1, X2, Y1, Z1, X31, X32 및 Z31에 대한 설명은 각각 제1항의 설명을 참조한다.
  10. 제1항에 있어서,
    X1은 O이고, X2는 O이거나;
    X1은 S이고, X2는 S이거나;
    X1은 Se이고, X2는 Se이거나;
    X1은 Te이고, X2는 Te이거나;
    X1은 N(R1a)이고, X2는 N(R2a)이거나; 또는
    X1은 C(R1a)(R1b)이고, X2는 C(R2a)(R2b)이고,
    상기 R1a, R2a, R1b 및 R2b에 대한 설명은 각각 제1항의 설명을 참조한, 축합환 화합물.
  11. 제1항에 있어서,
    R1 내지 R3, R1a 내지 R4a 및 R1b 내지 R3b은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, C1-C20알킬기, 또는 C1-C20알콕시기;
    중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CF3, -CF2H, -CFH2, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, C1-C10알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 아다만타닐기(adamantanyl), 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기, 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 또는 이의 임의의 조합으로 치환된, C1-C20알킬기 또는 C1-C20알콕시기;
    중수소, -F, -Cl, -Br, -I, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CF3, -CF2H, -CFH2, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 아다만타닐기(adamantanyl), 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기, 페닐기, 비페닐기, C1-C10알킬페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피롤일기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 이소인돌일기, 인돌일기, 인다졸일기, 푸리닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 카바졸일기, 페난트롤리닐기, 벤조이미다졸일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아지닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기, 아자카바졸일기, 아자디벤조퓨라닐기, 아자디벤조티오페닐기, 아자플루오레닐기, 아자디벤조실롤일기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -P(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31), -P(=O)(Q31)(Q32), 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 아다만타닐기(adamantanyl), 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기, 페닐기, 비페닐기, C1-C10알킬페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 피롤일기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 이소인돌일기, 인돌일기, 인다졸일기, 푸리닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 카바졸일기, 페난트롤리닐기, 벤조이미다졸일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아지닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기, 아자카바졸일기, 아자디벤조퓨라닐기, 아자디벤조티오페닐기, 아자플루오레닐기, 또는 아자디벤조실롤일기; 또는
    -Si(Q1)(Q2)(Q3), -N(Q1)(Q2), -B(Q1)(Q2), -C(=O)(Q1), -S(=O)2(Q1), 또는 -P(=O)(Q1)(Q2); 이고,
    Q1 내지 Q3 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로,
    -CH3, -CD3, -CD2H, -CDH2, -CH2CH3, -CH2CD3, -CH2CD2H, -CH2CDH2, -CHDCH3, -CHDCD2H, -CHDCDH2, -CHDCD3, -CD2CD3, -CD2CD2H 또는 -CD2CDH2; 또는
    중수소, C1-C10알킬기, 페닐기, 비페닐기 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 또는 이의 임의의 조합으로 치환 또는 비치환된, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 페닐기, 나프틸기 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기, 또는 디벤조티오페닐기;인, 축합환 화합물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1-1 및 1-2 중
    Figure pat00772
    로 표시되는 그룹은 하기 화학식 7-1 내지 7-3 중 하나로 표시되는, 축합환 화합물:
    Figure pat00773

    상기 화학식 7-1 내지 7-3 중,
    *은 화학식 1 중 X1과의 결합 사이트이고,
    *'은 화학식 1 중 Z1과의 결합 사이트이고,
    *''은 화학식 1 중 X2과의 결합 사이트이고,
    X3은 O, S, Se, Te, N(R31) 또는 C(R31)(R32)이고,
    R31 및 R32에 대한 설명은 각각 제1항의 R3에 대한 설명을 참조한다.
  13. 제1항에 있어서,
    화학식 1-1 중
    Figure pat00774
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-1(1) 내지 3-10(1) 중 하나로 표시되고,
    화학식 1-1 중
    Figure pat00775
    로 표시되는 모이어티는 하기 화학식 4-1(1) 내지 4-10(1) 중 하나로 표시되되,
    상기
    Figure pat00776
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-10(1)로 표시되고, 상기
    Figure pat00777
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-10(1)로 표시되는 경우는 제외되는, 축합환 화합물:
    Figure pat00778

    Figure pat00779

    Figure pat00780

    Figure pat00781

    상기 화학식 3-1(1) 내지 3-10(1) 및 4-1(1) 내지 4-10(1) 중,
    R11 내지 R13는 각각 제1항의 R1에 대한 설명을 참조하고,
    R21 내지 R23는 각각 제1항의 R2에 대한 설명을 참조하고,
    *1은 화학식 1-1 중 X1과의 결합 사이트이고,
    *'1은 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트이고,
    *2은 화학식 1-1 중 X2와의 결합 사이트이고,
    *'2는 화학식 1-1 중 Z1와의 결합 사이트이다.
  14. 제1항에 있어서,
    화학식 1-2 중
    Figure pat00782
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-11(1) 내지 3-16(1) 중 하나로 표시되고,
    화학식 1-2 중
    Figure pat00783
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-11(1) 내지 4-16(1) 중 하나로 표시되되,
    상기
    Figure pat00784
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 3-16(1)로 표시되고, 상기
    Figure pat00785
    로 표시되는 모이어티가 하기 화학식 4-16(1)로 표시되는 경우는 제외되는, 축합환 화합물:
    Figure pat00786

    Figure pat00787

    상기 화학식 3-11(1) 내지 3-16(1) 및 4-11(1) 내지 4-16(1) 중,
    R11 및 R12는 각각 제1항의 R1에 대한 설명을 참조하고,
    R21 및 R22는 각각 제1항의 R2에 대한 설명을 참조하고,
    *1은 화학식 1-2 중 X1과의 결합 사이트이고,
    *'1은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트이고,
    *''1은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트이고,
    *2은 화학식 1-2 중 X2과의 결합 사이트이고,
    *'2은 화학식 1-2 중 Z1와의 결합 사이트이고,
    *''2은 화학식 1-2 중 Y1와의 결합 사이트이다.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 수식 1을 만족하는, 축합환 화합물:
    <수식 1>
    ER = [E(S0@S1)]- [E(S0@S0)] ≤0.1 eV
    ER은 상기 축합환 화합물의 재배치 에너지(Reorganization energy)를 의미하고, [E(S0@S1)]은 상기 축합환 화합물의 여기 일중항 상태의 안정 구조의 기저 상태 에너지를 의미하고, [E(S0@S0)]은 상기 축합환 화합물의 기저 상태의 안정 구조의 기저 상태 에너지를 의미한다.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 축합환 화합물은 하기 화합물 1 내지 102, 201 내지 203, 301 내지 369, 401 내지 413 및 501 내지 532 중 하나인, 축합환 화합물:
    Figure pat00788

    Figure pat00789

    Figure pat00790

    Figure pat00791

    Figure pat00792

    Figure pat00793

    Figure pat00794

    Figure pat00795

    Figure pat00796

    Figure pat00797

    Figure pat00798

    Figure pat00799
    Figure pat00800
    Figure pat00801
    Figure pat00802
    Figure pat00803
    Figure pat00804
    Figure pat00805
    Figure pat00806
    Figure pat00807
    Figure pat00808
    Figure pat00809
    Figure pat00810
    Figure pat00811
    Figure pat00812
    Figure pat00813

    상기 화합물 1 내지 102, 201 내지 203, 301 내지 369, 401 내지 413 및 501 내지 532 중, Ph는 페닐기를 나타낸다.
  17. 제1전극;
    제2전극; 및
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 배치되고, 발광층을 포함한 중간층;
    을 포함하고,
    상기 중간층은 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 축합환 화합물을 1종 이상 포함한, 유기 발광 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 발광층은 상기 축합환 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함하고,
    상기 호스트와 상기 도펀트가 서로 상이하고,
    상기 호스트의 함량은 상기 도펀트의 함량보다 크고,
    상기 도펀트는 상기 축합환 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 발광층은 센서타이저를 더 포함하는, 유기 발광 소자.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 발광층은 청색광을 방출하는, 유기 발광 소자.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항의 발광 소자를 포함한, 전자 장치.
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