KR20220110119A - 유기 전계발광 물질 및 디바이스 - Google Patents

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KR20220110119A
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타일러 플리탐
춘 린
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Abstract

제1 화합물 및 제2 화합물을 갖는 발광 영역을 갖는 OLED로서, 제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고, 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있는 OLED가 제공된다. 제2 화합물은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시킨다: (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음, 및 (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음. 제2 화합물은 또한 적어도 하나의 중수소 원자를 포함한다. 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하는 배합물도 제공된다. 제1 화합물 및 제2 화합물의 혼합물인 사전혼합 공증발원도 개시된다.

Description

유기 전계발광 물질 및 디바이스{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT MATERIALS AND DEVICES}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 2021년 1월 29일 출원된 미국 가출원 번호 63/143,259에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
분야
본 발명은 일반적으로 유기금속 화합물 및 배합물, 그리고 유기 발광 다이오드 및 관련 전자 디바이스와 같은 디바이스에서의 이미터로서의 용도를 포함하는 이들의 다양한 용도에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 디바이스는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 디바이스를 제조하는데 사용되는 다수의 물질들은 비교적 저렴하기 때문에, 유기 광전자 디바이스는 무기 디바이스에 비하여 비용 이점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 특성, 예컨대 이의 가요성은 그 유기 물질이 가요성 기판 상에서의 제작과 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광전자 디바이스의 예로는 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능 면에서의 이점을 가질 수 있다.
OLED는 디바이스에 전압을 인가할 때 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평면 패널 디스플레이, 조명 및 백라이팅과 같은 적용예의 용도에 있어 점차로 중요해지는 기술이다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로 지칭되는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 대안적으로 OLED는 백색 광을 방출하도록 설계될 수 있다. 통상적인 액정 디스플레이에서, 백색 백라이트에서 나온 발광이 흡수 필터를 사용하여 여과되어 적색, 녹색 및 청색 발광을 생성한다. 동일한 기법이 또한 OLED에도 사용될 수 있다. 백색 OLED는 단일 발광층(EML) 디바이스 또는 스택 구조일 수 있다. 색상은 당업계에 주지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
개요
일양태에서, 본 발명은 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 발광 영역을 포함하는 OLED로서, 발광 영역은 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고; 제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고; 제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며; 제2 화합물은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키며: (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음, 및 (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음; 제2 화합물은 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하는 OLED를 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은 제1 화합물; 및 제2 화합물을 포함하는 배합물로서; 제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고; 제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며; 제2 화합물은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키며: (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음, 및 (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음; 제1 화합물 및 제2 화합물 중 적어도 하나는 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하는 배합물을 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은 단량체, 중합체, 마이크로분자 및 초분자로 이루어진 군에서 선택되는 화학 구조로서, 화학 구조는 하기를 포함하며: 1가 또는 이의 다가 변형체인 제1 군; 1가 또는 이의 다가 변형체인 제2 군; 제1 군은 제2 군에 에너지를 전달할 수 있고; 제1군이 화합물로서 단독으로 작용할 때, 제1 군은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며; 제2 군은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키며: (1) 제2 군이 화합물로서 단독으로 작용할 때, 제2 군은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음, 및 (2) 제2 군이 화합물로서 단독으로 작용할 때, 제2 군은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음; 제1 군 및 제2 군 중 적어도 하나는 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하는 화학 구조를 제공한다.
제1 화합물과 제2 화합물의 혼합물인 사전혼합 공증발원(pre-mixed co-evaporation source)으로서, 공증발원은 진공 증착 공정 또는 OVJP 공정을 위한 공증발원이고; 제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고; 제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며; 제2 화합물은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키며: (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음; 및 (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음; 제1 화합물 및 제2 화합물 중 적어도 하나는 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하고; 제1 화합물은 150 내지 350℃의 증발 온도 Temp1을 가지며; 제2 화합물은 150 내지 350℃의 증발 온도 Temp2를 가지며; Temp1-Temp2의 절대값은 20℃ 미만이며; 제1 화합물은 상기 혼합물 중 농도 C1, 및 증발되는 혼합물로부터 미리 정해진 거리에 위치한 표면 상에서 2 Å/sec의 증착 속도로, 1x10-6 Torr 내지 1x10-9 Torr 사이의 일정한 압력에서 진공 증착 도구에서 혼합물을 증발시켜 형성된 막 중 농도 C2를 가지며; (C1-C2)/C1의 절대값은 5% 미만인 공증발원도 개시된다.
OLED의 제조 방법으로서, 상기 방법은 제1 전극이 상부에 배치된 기판을 제공하는 단계; 1x10-6 Torr 내지 1x10-9 Torr 사이의 챔버 베이스 압력을 갖는 고진공 증착 도구에서 제 1 화합물 및 제 2 화합물의 혼합물인 사전혼합 공증발원을 증발시켜 제 1 전극 위에 제 1 유기층을 증착하는 단계; 및 상기 제1 유기층 위에 제2 전극을 증착하는 단계를 포함하며; 제1 화합물 및 제2 화합물은 본 명세서에 기재된 것인 방법도 개시된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본원에 개시된 OLED를 포함하는 소비자 제품을 제공한다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한다.
상세한 설명
A. 용어
달리 명시된 바가 없다면, 본원에서 사용된 이하의 용어들은 하기와 같이 정의된다:
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 광전자 디바이스를 제작하는 데 사용될 수 있는 고분자 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질도 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제외시키지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄 상에서의 펜던트 기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 여겨진다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상단부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하단부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층의 "상부에 배치되는" 것으로 기재되는 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재한다고 해도, 캐소드는 애노드의 "상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있고/있거나 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 직접적으로 기여하는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 특성을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 기여하지 않는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 근접하는 경우, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절댓값을 갖는 IP(더 적게 음성인 IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절댓값이 더 작은 전자 친화도(EA)(더 적게 음성인 EA)에 해당한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상단부에 더 근접하게 나타난다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1 일함수의 절댓값이 더 클 경우, 제1 일함수는 제2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일함수가 더 음성임을 의미한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 예시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와는 상이한 관례를 따른다.
용어 "할로", "할로겐" 및 "할라이드"는 상호교환적으로 사용되며, 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 지칭한다.
용어 "아실"은 치환된 카르보닐 라디칼 (C(O)-Rs)을 지칭한다.
용어 "에스테르"는 치환된 옥시카르보닐 (-O-C(O)-Rs 또는 -C(O)-O-Rs) 라디칼을 지칭한다.
용어 "에테르"는 -ORs 라디칼을 지칭한다.
용어 "술파닐" 또는 "티오-에테르"는 상호교환적으로 사용되며, -SRs 라디칼을 지칭한다.
용어 "셀레닐"은 -SeRs 라디칼을 지칭한다.
용어 "술피닐"은 -S(O)-Rs 라디칼을 지칭한다.
용어 "술포닐"은 -SO2-Rs 라디칼을 지칭한다.
용어 "포스피노"는 -P(Rs)3 라디칼을 지칭하고, 각각의 Rs는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
용어 "실릴"은 -Si(Rs)3 라디칼을 지칭하고, 각각의 Rs는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
용어 "게르밀"은 -Ge(Rs)3 라디칼을 지칭하고, 각각의 Rs는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
용어 "보릴"은 -B(Rs)2 라디칼 또는 이의 루이스 부가물 -B(Rs)3 라디칼을 지칭하고, 여기서 Rs는 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 각각에서, Rs는 수소이거나 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기일 수 있다. 바람직한 Rs는 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
용어 "알킬"은 직쇄 및 분지쇄 알킬 라디칼을 모두 지칭하고, 이를 포함한다. 바람직한 알킬기는 1 내지 15개의 탄소 원자를 함유하는 것으로서, 메틸, 에틸, 프로필, 1-메틸에틸, 부틸, 1-메틸프로필, 2-메틸프로필, 펜틸, 1-메틸부틸, 2-메틸부틸, 3-메틸부틸, 1,1-디메틸프로필, 1,2-디메틸프로필, 2,2-디메틸프로필 등을 포함한다. 추가로, 알킬기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "시클로알킬"은 단환, 다환, 및 스피로 알킬 라디칼을 지칭하고, 이를 포함한다. 바람직한 시클로알킬기는 3 내지 12개의 고리 탄소 원자를 함유하는 것으로서, 시클로프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실, 비시클로[3.1.1]헵틸, 스피로[4.5]데실, 스피로[5.5]운데실, 아다만틸 등을 포함한다. 추가로, 시클로알킬기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "헤테로알킬" 또는 "헤테로시클로알킬"은 각각 헤테로원자에 의해 치환된 하나 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 시클로알킬 라디칼을 지칭한다. 임의로, 하나 이상의 헤테로원자는 O, S, N, P, B, Si, 및 Se, 바람직하게는, O, S, 또는 N으로부터 선택된다. 추가로, 헤테로알킬 또는 헤테로시클로알킬기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "알케닐"은 직쇄 및 분지쇄 알켄 라디칼을 모두 지칭하고, 이를 포함한다. 알케닐기는 본질적으로 알킬 쇄에 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 알킬기이다. 시클로알케닐기는 본질적으로 시클로알킬 고리 내에 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 시클로알킬기이다. 본원에 사용되는 용어 "헤테로알케닐"은 헤테로원자에 의해 치환된 하나 이상의 탄소 원자를 갖는 알케닐 라디칼을 지칭한다. 임의로, 하나 이상의 헤테로원자는 O, S, N, P, B, Si, 및 Se, 바람직하게는, O, S, 또는 N으로부터 선택된다. 바람직한 알케닐, 시클로알케닐, 또는 헤테로알케닐기는 2 내지 15개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 추가로, 알케닐, 시클로알케닐, 또는 헤테로알케닐기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "알키닐"은 직쇄 및 분지쇄 알킨 라디칼을 모두 지칭하고, 이를 포함한다. 알키닐기는 본질적으로 알킬 쇄에 하나 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 알킬기이다. 바람직한 알키닐기는 2 내지 15개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 추가로, 알키닐기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "아르알킬" 또는 "아릴알킬"은 상호교환적으로 사용되며, 아릴기로 치환된 알킬기를 지칭한다. 추가로, 아르알킬기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "헤테로환식 기"는 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 방향족 및 비방향족 시클릭 라디칼을 지칭하고, 이를 포함한다. 임의로, 하나 이상의 헤테로원자는 O, S, N, P, B, Si, 및 Se, 바람직하게는, O, S, 또는 N으로부터 선택된다. 헤테로방향족 시클릭 라디칼은 또한 헤테로아릴과 상호교환적으로 사용될 수 있다. 바람직한 헤테로비방향족 시클릭기는 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 모르폴리노, 피페리디노, 피롤리디노 등과 같은 시클릭 아민, 및 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 테트라히드로티오펜 등과 같은 시클릭 에테르/티오-에테르를 포함하는 3 내지 7개의 고리 원자를 함유하는 것들이다. 추가로, 헤테로환식 기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "아릴"은 단일 고리 방향족 히드로카르빌기 및 폴리시클릭 방향족 고리계를 모두 지칭하고, 이를 포함한다. 폴리시클릭 고리는 2개의 탄소가 두 인접 고리(이들 고리는 "융합됨")에 공통인 2개 이상의 고리를 가질 수 있으며, 여기서, 고리들 중 하나 이상은 방향족 히드로카르빌기이고, 예를 들면, 다른 고리들은 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴, 헤테로사이클 및/또는 헤테로아릴일 수 있다. 바람직한 아릴기는 6 내지 30개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 20개의 탄소 원자, 더 바람직하게는 6 내지 12개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 6개의 탄소, 10개의 탄소 또는 12개의 탄소를 가진 아릴기가 특히 바람직하다. 적합한 아릴기는 페닐, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 테트라페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌 및 아줄렌, 바람직하게는 페닐, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 플루오렌 및 나프탈렌을 포함한다. 추가로, 아릴기는 임의로 치환될 수 있다.
용어 "헤테로아릴"은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 단일 고리 방향족기 및 폴리시클릭 방향족 고리계를 지칭하고, 이를 포함한다. 헤테로원자는, 비제한적으로, O, S, N, P, B, Si, 및 Se를 포함한다. 다수의 경우에서, O, S, 또는 N이 바람직한 헤테로원자이다. 헤테로 단일 고리 방향족계는 바람직하게는 5 또는 6개의 고리 원자를 갖는 단일 고리이고, 상기 고리는 1 내지 6개의 헤테로원자를 가질 수 있다. 헤테로 폴리시클릭 고리계는 2개의 탄소가 두 인접 고리(이들 고리는 "융합됨")에 공통인 2개 이상의 고리를 가질 수 있으며, 여기서, 고리들 중 하나 이상은 헤테로아릴이고, 예를 들면, 다른 고리들은 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴, 헤테로사이클 및/또는 헤테로아릴일 수 있다. 헤테로 폴리시클릭 방향족 고리계는 폴리시클릭 방향족 고리계의 고리당 1 내지 6개의 헤테로원자를 가질 수 있다. 바람직한 헤테로아릴기는 3 내지 30개의 탄소 원자, 바람직하게는 3 내지 20개의 탄소 원자, 더 바람직하게는 3 내지 12개의 탄소 원자를 함유하는 것이다. 적합한 헤테로아릴기는 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤즈옥사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 페녹사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘, 바람직하게는 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 이미다졸, 피리딘, 트리아진, 벤즈이미다졸, 1,2-아자보린, 1,3-아자보린, 1,4-아자보린, 보라진 및 이의 아자-유사체를 포함한다. 추가로, 헤테로아릴기는 임의로 치환될 수 있다.
앞서 열거된 아릴 및 헤테로아릴기 중에서, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 이미다졸, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 트리아진, 및 벤즈이미다졸의 기들, 및 이들 각각의 개개 아자-유사체가 특히 관심 대상이다.
본원에 사용되는 용어 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아르알킬, 헤테로환식 기, 아릴 및 헤테로아릴은 독립적으로 비치환되거나, 또는 독립적으로 하나 이상의 일반적인 치환기로 치환된다.
다수의 경우에서, 일반적인 치환기는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 셀레닐, 보릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
일부 경우에서, 바람직한 일반적인 치환기는 중수소, 불소, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 아릴, 헤테로아릴, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 보릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
일부 경우에서, 더욱 바람직한 일반적인 치환기는 중수소, 불소, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 아릴, 헤테로아릴, 술파닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
또 다른 경우에서, 가장 바람직한 일반적인 치환기는 중수소, 불소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
용어 "치환된" 및 "치환"은 관련된 위치, 예컨대 탄소 또는 질소에 결합되는 H 이외의 치환기를 나타낸다. 예를 들면, R1이 일치환을 나타내는 경우, 하나의 R1은 H 이외의 것이어야 한다(즉, 치환). 유사하게, R1이 이치환을 나타내는 경우, R1 중 2개는 H 이외의 것이어야 한다. 유사하게, R1이 무치환 또는 비치환을 나타내는 경우, R1은 예를 들어 벤젠의 탄소 원자 및 피롤의 질소 원자와 같이 고리 원자의 이용가능한 원자가에 대해 수소일 수 있거나, 또는 단순히 완전히 충전된 원자가를 갖는 고리 원자, 예컨대 피리딘의 질소 원자에 대해 아무 것도 나타내지 않을 수 있다. 고리 구조에서 가능한 최대수의 치환은 고리 원자에서 이용가능한 원자가의 총 개수에 따라 달라진다.
본원에서 사용한 바와 같이, "이들의 조합"은 해당되는 목록 중 하나 이상의 구성요소가 조합되어 본 기술분야의 당업자가 해당하는 목록으로부터 구상할 수 있는 공지되거나 또는 화학적으로 안정한 배열을 형성하는 것을 나타낸다. 예를 들면, 알킬 및 중수소는 조합되어 부분적 또는 전체적 중수소화된 알킬기를 형성할 수 있고; 할로겐 및 알킬은 조합되어 할로겐화된 알킬 치환기를 형성할 수 있고; 할로겐, 알킬, 및 아릴은 조합되어 할로겐화된 아릴알킬을 형성할 수 있다. 하나의 경우에서, 용어 치환은 열거된 기들 중의 2 내지 4개의 조합을 포함한다. 다른 경우에서, 용어 치환은 2 내지 3개의 기의 조합을 포함한다. 또 다른 경우에서, 용어 치환은 2개의 기의 조합을 포함한다. 치환기의 바람직한 조합은 수소 또는 중수소가 아닌 최대 50개의 원자를 함유하는 것이거나, 또는 수소 또는 중수소가 아닌 최대 40개의 원자를 포함하는 것이거나, 또는 수소 또는 중수소가 아닌 최대 30개의 원자를 포함하는 것이다. 다수의 경우에서, 치환기의 바람직한 조합은 수소 또는 중수소가 아닌 최대 20개의 원자를 포함할 것이다.
본원에 기재된 분절(fragment), 즉 아자-디벤조푸란, 아자-디벤조티오펜 등에서 "아자" 표기는 각각의 방향족 고리에서의 C-H 기 중 하나 이상이 질소 원자로 치환될 수 있다는 것을 의미하며, 예를 들면 아자트리페닐렌은 디벤조[f,h]퀴녹살린 및 디벤조[f,h]퀴놀린을 모두 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 당업자는 전술된 아자-유도체의 다른 질소 유사체를 용이하게 고려할 수 있으며, 상기 모든 유사체는 본원에 기술된 용어들에 의해 포괄되는 것으로 의도된다.
본원에서 사용한 바와 같이, "중수소"는 수소의 동위원소를 지칭한다. 중수소화된 화합물은 본 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 용이하게 제조될 수 있다. 예를 들면, 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된 미국특허 제8,557,400호, 특허공개번호 WO　2006/095951, 및 미국특허출원 공개번호 US 2011/0037057은 중수소-치환된 유기금속 착물의 제조를 기술하고 있다. 추가로 문헌[Ming Yan, et al., Tetrahedron 2015, 71, 1425-30] 및 문헌[Atzrodt et al., Angew. Chem. Int. Ed. (Reviews) 2007, 46, 7744-65]을 참조하며, 이들은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함되며, 각각 벤질 아민에서 메틸렌 수소의 중수소화 및 중수소로 방향족 고리 수소를 치환하기 위한 효율적인 경로를 기술하고 있다.
분자 분절이 치환기인 것으로 기재되거나 그렇지 않은 경우 또 다른 모이어티에 부착되는 것으로 기술되는 경우, 이의 명칭은 분절(예를 들어, 페닐, 페닐렌, 나프틸, 디벤조푸릴)인 것처럼 또는 전체 분자(예를 들어, 벤젠, 나프탈렌, 디벤조푸란)인 것처럼 기재될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본원에서 사용한 바와 같이, 이러한 치환기 또는 부착된 분절의 상이한 표기 방식은 동등한 것으로 간주된다.
일부 경우에, 인접 치환기의 쌍은 임의로 결합(연결)되거나 융합되어 고리가 될 수 있다. 바람직한 고리는 5원, 6원 또는 7원 카르보시클릭 또는 헤테로환식 고리이고, 치환기의 쌍에 의해 형성된 고리의 일부가 포화되는 경우 및 치환기의 쌍에 의해 형성된 고리의 일부가 불포화되는 경우를 모두 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, "인접"이란 안정한 융합된 고리계를 형성할 수 있는 한, 2개의 가장 근접한 치환가능한 위치, 예컨대 비페닐의 2, 2' 위치, 또는 나프탈렌의 1, 8 위치를 갖는 2개의 이웃하는 고리 상에, 또는 서로 옆에 있는 동일 고리 상에 관련된 2개의 치환기가 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
B. 본 발명의 화합물
단량체, 중합체, 마이크로분자 및 초분자로 이루어진 군에서 선택되는 화학 구조로서, 화학 구조는 하기를 포함하며: 1가 또는 이의 다가 변형체인 제1 군; 1가 또는 이의 다가 변형체인 제2 군; 제1 군은 제2 군에 에너지를 전달할 수 있고; 제1군이 화합물로서 단독으로 작용할 때, 제1 군은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며; 제2 군은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키며:
(1) 제2 군이 화합물로서 단독으로 작용할 때, 제2 군은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음, 및
(2) 제2 군이 화합물로서 단독으로 작용할 때, 제2 군은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음;
제1 군 및 제2 군 중 적어도 하나는 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하는 화학 구조도 개시된다.
C. 본 발명의 OLED 및 디바이스
인광 가능 재료인 제1 화합물 및 TADF 발광 가능 재료 및/또는 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있는 재료인 제2 화합물의 조합을 포함하는 OLED 구조물이 본원에 개시되어 있다. 디바이스 내에서 전기 생성되는 단일항 및 삼중항 여기자는 제1 화합물에 의해 수확될 수 있으며, 이후에 실온에서 TADF 이미터로서 기능하거나 실온에서 형광성 이미터로서 기능할 수 있는 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있다. 궁극적으로 형광성 이미터로부터 주로 발광하는 이 계는 형광 발광계와 유사한 짧은 과도 시간을 가질 수 있으며 또한 전기 생성된 단일항 및 삼중항의 전부 또는 대부분을 효율적으로 수확할 수 있다. 그러나, 이러한 디바이스는 삼중항 여기자의 TADF/형광성 억셉터로의 기생 Dexter 에너지 전달로 인해 최대 성능 잠재력에 도달하지 못한다. 이러한 TADF/형광성 억셉터는 종종 여기 상태에서 바람직하지 않은 분해 반응을 겪을 수 있는 충분한 시간을 제공하는 수명이 긴 삼중항 여기 상태를 가지며, 있다. 수명이 긴 여기 삼중항 상태에 있는 억셉터 물질의 분해 경로를 늦추기 위해, 본 발명자들은 관련 모이어티를 중수소화하여 우려되는 반응 경로를 늦출 것이다.
일양태에서, 본 발명은 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 발광 영역을 포함하는 OLED로서, 상기 발광 영역은 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하는 OLED를 제공한다. 제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있는 인광체이다. 제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있다. 제2 화합물은 하기 조건 중 적어도 하나를 충족시킨다: (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음; 및 (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음. 제2 화합은 또한 적어도 하나의 중수소 원자를 포함한다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 적어도 하나의 중수소 원자를 포함한다.
OLED의 일부 실시양태에서, 적어도 하나의 중수소 원자는 아릴 또는 헤테로아릴 고리 상에 존재한다.
OLED의 일부 실시양태에서, 적어도 하나의 중수소 원자는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 에테르, 에스테르, 설파닐, 포스피노, 보릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 기 상에 존재한다. 일부 실시양태에서, 적어도 하나의 중수소 원자는 알킬 또는 시클로알킬 기 상에 존재한다.
일부 실시양태에서, 제1 화합물은 부분적으로 중수소화된다. 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 완전 중수소화된다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 부분적으로 중수소화된다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 완전 중수소화된다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 부분 또는 완전 중수소화되고, 제1 화합물은 중수소화되지 않는다. 일부 실시양태에서, 제1 화합물 및 제2 화합물은 모두 부분 또는 완전 중수소화된다.
일부 실시양태에서, OLED는 애노드, 정공 수송층(HTL), 기재된 발광 영역, 전자 수송층(ETL), 및 캐소드를 순차적으로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 화합물은 발광 영역 내의 2개의 별개의 층에 있다. 그 예에서, 2개의 별개의 층은 HTL 및 ETL에 대해 발광 영역에서 어느 한 순서로 위치될 수 있어서, 일부 실시양태에서, 제1 화합물을 함유하는 층이 제2 화합물을 함유하는 층보다 HTL에 더 가깝다. 일부 다른 실시양태에서, 제1 화합물을 함유하는 층은 제2 화합물을 함유하는 층보다 ETL에 더 가까울 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 화합물은 혼합물로서 하나의 증착된 층에 있을 수 있다. 혼합물은 균질한 혼합물일 수 있거나, 혼합물 중 화합물은 층의 두께를 통해 등급화된 농도로 있을 수 있다. 농도 등급은 선형, 사인파형 등일 수 있다. 제1 화합물과 제2 화합물 외에도, 혼합물에 또한 혼합된 하나 이상의 호스트 화합물이 있을 수 있다.
본 발명의 OLED는 OLED 전체에(즉, 캐소드 및 애노드 전체에) 전압이 인가될 때 1차 발광원으로서 제2 화합물의 S1 에너지로부터의 발광 성분을 포함하는 발광성 방출을 방출한다. 일부 실시양태에서, OLED로부터의 발광의 적어도 65%는 휘도가 적어도 10 cd/㎡인 제2 화합물로부터 생성된다. 일부 실시양태에서, OLED로부터의 발광의 적어도 75%는 휘도가 적어도 10 cd/㎡인 제2 화합물로부터 생성된다. 일부 실시양태에서, OLED로부터의 발광의 적어도 85%는 휘도가 적어도 10 cd/㎡인 제2 화합물로부터 생성된다. 일부 실시양태에서, OLED로부터의 발광의 적어도 95%는 휘도가 적어도 10 cd/㎡인 제2 화합물로부터 생성된다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물의 T1 에너지는 제2 화합물의 T1 에너지보다 높다. OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 S1 에너지는 제1 화합물의 S1 에너지보다 낮다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 S1-T1 에너지 갭은 300 meV 미만이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 S1-T1 에너지 갭은 250 meV 미만이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 S1-T1 에너지 갭은 200 meV 미만이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 S1-T1 에너지 갭은 150 meV 미만이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 S1-T1 에너지 갭은 100 meV 미만이다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 실온에서 상기 OLED 내 이미터로서 기능한다. OLED의 일부 실시양태에서, 발광 영역은 제3 화합물을 더 포함하며; 제2 화합물은 제3 화합물에 추가로 에너지를 전달할 수 있고; 제3 화합물은 실온에서 상기 OLED 내 이미터로서 기능하는 형광성 화합물이다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제3 화합물은 부분 또는 완전 중수소화된다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있다. OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은은 실온에서 상기 OLED 내 이미터로서 기능한다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 실온에서 OLED 내에서 삼중항 여기 상태로부터 기저 단일항 상태로 빛을 방출할 수 있다. OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 금속-탄소 결합을 갖는 금속 배위 착물이다. OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 금속-질소 결합을 갖는 금속 배위 착물이다.
OLED의 일부 실시양태에서, 금속 배위 착물 내 금속은 Ir, Rh, Re, Ru, Os, Pt, Au 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된다. OLED의 일부 실시양태에서, 금속은 Ir이다. OLED의 일부 실시양태에서, 금속은 Pt이다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 M(L1)x(L2)y(L3)z의 화학식을 가지며;
식 중, L1, L2, 및 L3은 동일 또는 상이할 수 있으며;
x는 1, 2, 또는 3이고;
y는 0, 1, 또는 2이며;
z는 0, 1, 또는 2이며;
x+y+z는 금속 M의 산화 상태이고;
각각의 L1, L2, 및 L3은 독립적으로 하기로 이루어진 군에서 선택되고:
Figure pat00001
Figure pat00002
;
L2 및 L3은 또한
Figure pat00003
일 수 있으며;
각각의 Y1 내지 Y13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어진 군에서 선택되며;
Y'는 BRe, NRe, PRe, O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CReRf, SiReRf, 및 GeReRf로 이루어진 군에서 선택되고;
Re 및 Rf는 융합 또는 결합되어 고리를 형성할 수 있고;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 독립적으로 일치환 내지 최대 가능한 수의 치환, 또는 비치환을 나타낼 수 있으며;
각각의 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, 및 Rf는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 보릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이고;
Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성할 수 있다.
제1 화합물이 M(L1)x(L2)y(L3)z의 화학식을 갖는 OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 Ir(LA)3, Ir(LA)(LB)2, Ir(LA)2(LB), Ir(LA)2(LC), Ir(LA)(LB)(LC), 및 Pt(LA)(LB)로 이루어진 군에서 선택되는 화학식을 가지며;
식 중, LA, LB, 및 LC는 Ir 화합물에서 서로 상이하고;
LA 및 LB는 Pt 화합물에서 동일 또는 상이할 수 있으며;
LA 및 LB는 연결되어 Pt 화합물 내에 4좌 리간드를 형성할 수 있다.
제1 화합물이 M(L1)x(L2)y(L3)z의 화학식을 갖는 OLED의 일부 실시양태에서, Ra, Rb, Rc, Rd, Re, 및 Rf 중 적어도 하나는 부분 또는 완전 중수소화된다.
제2 화합물이 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있는 OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 적어도 하나의 도너기 및 적어도 하나의 억셉터기를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 금속 착물이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 비금속 착물이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 Cu, Ag, 또는 Au 착물이다.
제2 화합물이 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있는 OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 하기로 이루어진 군에서 선택되는 화학적 모이어티 중 적어도 하나를 포함하고:
Figure pat00004
식 중, X는 O, S, Se, 및 NR로 이루어진 군에서 선택되며;
각각의 R은 동일 또는 상이할 수 있고, 각각의 R은 독립적으로 억셉터기, 억셉터기에 결합된 유기 링커, 또는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 말단기이며;
각각의 R'는 동일 또는 상이할 수 있고, 각각의 R'는 독립적으로 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
제2 화합물이 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있는 OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 니트릴, 이소니트릴, 보란, 플루오르화물, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 아자-카르바졸, 아자-디벤조티오펜, 아자-디벤조푸란, 아자-디벤조셀레노펜, 아자-트리페닐렌, 이미다졸, 피라졸, 옥사졸, 티아졸, 이속사졸, 이소티아졸, 트리아졸, 티아디아졸, 및 옥사디아졸로 이루어진 군에서 선택되는 화학적 모이어티 중 적어도 하나를 포함한다.
제2 화합물이 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있는 OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 하기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 유기기를 포함하며:
Figure pat00005
Figure pat00006
및 이들의 아자 유사체;
식 중, A는 O, S, Se, NR' 및 CR'R"로 이루어진 군에서 선택되며;
각각의 R'는 동일 또는 상이할 수 있고, 각각의 R'는 독립적으로 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
제2 화합물이 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있는 OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 하기로 이루어진 군에서 선택되며:
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
;
식 중, R1 내지 R9는 각각 독립적으로 일치환 내지 최대 가능한 수의 치환, 또는 비치환을 나타내고; R1 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 보릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이고; R1 내지 R9 중 적어도 하나는 중수소이다.
본원에 개시된 OLED의 일부 실시양태에서, 발광 영역은 제1 호스트를 더 포함하고; 제1 호스트는 발광 영역 내 모든 물질 중에서 최고의 S1 및 T1 에너지를 가지며, 제1 및 제2 화합물은 도펀트이다. OLED의 일부 실시양태에서, 발광 영역은 제2 호스트를 포함하며, 제2 호스트는 제1 및 제2 화합물보다 높은 S1 및 T1 에너지를 갖는다.
발광 영역이 제1 호스트를 더 포함하는 OLED의 일부 실시양태에서, 호스트는 트리페닐렌, 카르바졸, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 아자트리페닐렌, 아자카르바졸, 아자-디벤조티오펜, 아자-디벤조푸란 및 아자-디벤조셀레노펜으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 화학적 기를 포함한다.
발광 영역이 제2 호스트를 더 포함하는 OLED의 일부 실시양태에서, 발광 영역은 제3 호스트를 더 포함하며, 제3 호스트는 제1 및 제2 화합물보다 높은 S1 및 T1 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, 발광 영역은 제4 호스트를 더 포함하며; 제4 호스트는 제1 및 제2 화합물보다 높은 S1 및 T1 에너지를 갖는다.
본원에 개시된 OLED의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 발광 영역 내 제2 화합물과는 별개의 층에 존재할 수 있거나, 또는 제1 화합물은 제2 화합물과 혼합되어 층에 존재할 수 있고; 제1 화합물을 포함하는 층 내 제1 화합물의 농도는 1 내지 50 중량% 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 화합물의 농도는 5 내지 40 중량% 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 화합물의 농도는 10 내지 20 중량% 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 화합물의 농도는 12 내지 15 중량% 범위이다.
본원에 개시된 OLED의 일부 실시양태에서, 제2 화합물은 발광 영역 내 제1 화합물과는 별개의 층에 존재하거나, 또는 제2 화합물은 제1 화합물과 혼합되어 층에 존재할 수 있고, 제2 화합물을 포함하는 층 내 제2 화합물의 농도는 0.1 내지 10 중량% 범위이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 농도는 0.5 내지 5 중량% 범위이다. 일부 실시양태에서, 제2 화합물의 농도는 1 내지 3 중량% 범위이다.
일부 실시양태에서, 발광 영역은 호스트를 더 포함할 수 있고, 호스트는 트리페닐렌 함유 벤조 융합 티오펜 또는 벤조 융합 푸란을 포함하며, 호스트 중의 임의의 치환기는 독립적으로 CnH2n+1, OCnH2n+1, OAr1, N(CnH2n+1)2, N(Ar1)(Ar2), CH=CH-CnH2n+1, C≡C-CnH2n+1, Ar1, Ar1-Ar2, 및 CnH2n-Ar1으로 이루어지는 군에서 선택되는 비융합 치환기이거나, 또는 호스트는 치환기를 가지지 않으며, 여기서 n은 1 내지 10이고; Ar1 및 Ar2는 독립적으로 벤젠, 비페닐, 나프탈렌, 트리페닐렌, 카르바졸, 및 이들의 헤테로방향족 유사체로 이루어지는 군에서 선택된다.
일부 실시양태에서, 발광 영역은 호스트를 더 포함할 수 있고, 호스트는 트리페닐렌, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 5λ2-벤조[d]벤조[4,5]이미다조[3,2-a]이미다졸, 5,9-디옥사-13b-보라나프토[3,2,1-데]안트라센, 트리아진, 아자-트리페닐렌, 아자-카르바졸, 아자-인돌로카르바졸, 아자-디벤조티오펜, 아자-디벤조푸란, 아자-디벤조셀레노펜, 아자-5λ2-벤조[d]벤조[4,5]이미다조[3,2-a]이미다졸, 및 아자-(5,9-디옥사-13b-보라나프토[3,2,1-데]안트라센)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 화학적 기를 포함한다.
일부 실시양태에서, 호스트는 하기로 이루어진 호스트 군에서 선택될 수 있다:
Figure pat00010
Figure pat00011
및 이들의 조합.
일부 실시양태에서, 발광 영역은 호스트를 더 포함할 수 있고, 호스트는 금속 착물을 포함한다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 화합물은 증감제일 수 있으며; 디바이스는 억셉터를 더 포함할 수 있고, 억셉터는 형광 이미터, 지연 형광 이미터, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
D. 배합물
본원에 개시된 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하는 배합물도 개시된다.
E. 사전혼합(VTE) 공증발원 혼합물
종종, 양호한 수명 및 효율을 나타내는 OLED 디바이스의 발광층(EML)은 2종 초과의 성분(예컨대, 3종 또는 4종의 성분)을 필요로 한다. 이를 위해, 이러한 EML을 제작하기 위해서는 3종 또는 4종의 공급원 재료가 필요하며, 이는 2종의 공급원만 필요한 단일 호스트와 이미터가 있는 표준 2 성분 EML에 비해 매우 복잡하고 비용이 많이 든다. 일반적으로, 2종 초과의 성분이 필요한 이러한 EML을 제작하기 위해, 각 성분에 대해 별도의 증발원이 사용된다. EML의 성분의 상대 농도는 디바이스 성능에 중요하기 때문에, 상대 농도를 모니터링하기 위해 증착 중에 각 성분의 증착 속도를 개별적으로 측정한다. 이로 인해 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 든다. 따라서, 증착할 층에 대한 성분이 2종 초과인 경우, 진공 증착 공정의 복잡성을 줄이기 위해, 2종 이상의 성분에 대한 재료를 사전혼합하고 단일 도가니에서 증발시키는 것이 바람직하다.
그러나, 공증발은 안정적이어야 하며, 즉, 증발된 필름의 조성은 진공 증착 공정 동안 일정하게 유지되어야 한다. 조성 변경은 디바이스 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 진공 하에서 화합물의 혼합물로부터 안정한 공증발을 얻으려면, 재료가 동일한 조건에서 동일한 증발 온도를 가져야 한다고 가정한다. 그러나, 이것은 고려해야 할 유일한 매개변수가 아닐 수도 있다. 두 화합물이 함께 혼합되면, 서로 상호작용할 수 있으며, 이들의 증발 특성이 개별 특성과 다를 수 있다. 반면에, 증발 온도가 약간 다른 재료는 안정한 공증발 혼합물을 형성할 수 있다. 따라서, 안정한 공증발 혼합물을 얻는 것은 극히 어렵다. 재료의 "증발 온도"는 챔버 베이스 압력이 1x10-6 Torr 내지 1x10-9 Torr인 고진공 증착 도구에서, 증발되는 물질의 증발원, 예컨대 VTE 도구의 승화 도가니로부터 일정 거리에 위치한 표면에서 2 Å/sec 증착 속도로 측정된다. 본 명세서에 개시된 온도, 압력, 증착 속도 등과 같은 다양한 측정값은, 당업자가 이해하는 바와 같이 이러한 정량적 값을 생성하는 측정에서의 예상 허용 오차로 인해 명목상의 변동을 가질 것으로 예상된다.
본 발명은 진공 증착 공정(예컨대, VTE)에서 안정한 공증발원으로서 사용될 수 있는 2종 이상의 유기 화합물의 혼합물을 포함하는 신규 조성물을 기재하고 있다. 다른 재료의 혼화성, 다른 상전이와 같은 온도 이외의 많은 요인이 증발에 기여할 수 있다. 본 발명자들은 2 이상의 재료가 유사한 증발 온도 및 유사한 질량 손실률 또는 유사한 증기압을 가질 때, 2 이상의 재료가 일관되게 공증발될 수 있음을 발견하였다. 질량 손실률은 시간 경과에 따른 질량 손실의 백분율(분)로 정의되며, 조성이 안정된 증발 상태에 도달한 후 각 화합물에 대해 주어진 동일한 일정한 온도에서 동일한 실험 조건에서 열 중력 분석(TGA)으로 측정된 질량의 처음 10%가 손실되는 데 걸리는 시간을 측정하여 결정된다. 주어진 일정한 온도는 질량 손실률의 값이 약 0.05 내지 0.50 %/분 사이가 되도록 선택되는 하나의 온도 지점이다. 이 분야의 숙련자는 두 매개변수를 비교하기 위해 실험 조건이 일관되어야 함을 인식해야 한다. 질량 손실률 및 증기압을 측정하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있으며, 예컨대 문헌(Bull. et al. Mater. Sci. 2011, 34, 7)에서 찾을 수 있다.
안정한 단일 공급원 공증발을 위한 고성능 혼합물을 찾는 것은 지루한 과정일 수 있다. 안정한 혼합물을 찾는 과정에는 유사한 증발 온도를 가진 화합물을 확인하고 증발된 혼합물의 조성을 모니터링하는 것이 포함된다. 증발이 진행됨에 따라 두 물질이 약간의 분리를 보이는 경우가 종종 있다. 종종 불행히도 화학 구조를 변경하여 증발 온도를 조정하면, 화학적, 전기적 및/또는 광학적 특성의 변화로 인해 디바이스 성능이 크게 저하된다. 화학 구조 수정은 또한 필요 이상으로 증발 온도에 훨씬 더 큰 영향을 미치므로, 혼합물이 불안정해진다. 따라서, 실행 가능한 사전혼합 공증발원의 확인이 유용하다.
제1 화합물과 제2 화합물의 혼합물인 사전혼합 공증발원으로서, 공증발원은 진공 증착 공정 또는 OVJP 공정을 위한 공증발원인 사전혼합 공증발원도 개시된다. 사전혼합 공증발원에서, 제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고; 제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며; 제2 화합물은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키며:
(1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음; 및
(2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음;
제1 화합물 및 제2 화합물 중 적어도 하나는 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하고; 제1 화합물은 150 내지 350℃의 증발 온도 Temp1을 가지며; 제2 화합물은 150 내지 350℃의 증발 온도 Temp2를 가지며; Temp1-Temp2의 절대값은 20℃ 미만이며; 제1 화합물은 상기 혼합물 중 농도 C1, 및 증발되는 혼합물로부터 미리 정해진 거리에 위치한 표면 상에서 2 Å/sec의 증착 속도로, 1x10-6 Torr 내지 1x10-9 Torr 사이의 일정한 압력에서 진공 증착 도구에서 혼합물을 증발시켜 형성된 막 중 농도 C2를 가지며; (C1-C2)/C1의 절대값은 5% 미만이다.
사전혼합 공증발원의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 200 내지 350℃의 증발 온도 Temp1을 가지며, 제2 화합물은 200 내지 350℃의 증발 온도 Temp2를 갖는다. 사전혼합 공증발원의 일부 실시양태에서, (C1-C2)/C1의 절대값은 3% 미만이다.
사전혼합 공증발원의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 1 atm에서 Temp1에서 P1의 증기압을 가지며, 제2 화합물은 1 atm에서 Temp2에서 P2의 증기압을 가지며; P1/P2의 비는 0.90:1 내지 1.10:1 범위이다.
사전혼합 공증발원의 일부 실시양태에서, 제1 화합물은 제1 질량 손실률을 가지며, 제2 화합물은 제2 질량 손실률을 가지며, 제1 질량 손실률과 제2 질량 손실률 사이의 비는 0.90:1 내지 1.10:1 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 질량 손실률과 제2 질량 손실률 사이의 비는 0.95:1 내지 1.05:1 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 질량 손실률과 제2 질량 손실률 사이의 비는 0.97:1 내지 1.03:1 범위이다.
사전혼합 공증발원의 일부 실시양태에서, 제1 화합물 및 제2 화합물 각각은 고압 액체 크로마토그래피에 의해 측정시 99%를 초과하는 순도를 갖는다.
사전혼합 공증발원의 일부 실시양태에서, 조성물은 Temp1 및 Temp2 중 더 낮은 온도보다 낮은 온도에서 액체 형태이다.
F. OLED의 제조 방법
OLED의 제조 방법도 본원에 개시되며, 이 방법은 제1 전극이 상부에 배치된 기판을 제공하는 단계; 1x10-6 Torr 내지 1x10-9 Torr 사이의 챔버 베이스 압력을 갖는 고진공 증착 도구에서 제 1 화합물 및 제 2 화합물의 혼합물인 사전혼합 공증발원을 증발시켜 제 1 전극 위에 제 1 유기층을 증착하는 단계; 및 제1 유기층 위에 제2 전극을 증착하는 단계를 포함하며, 제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고; 제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있고; 제2 화합물은 하기 조건 중 적어도 하나를 충족시키며: (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음; (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음; 제1 화합물 및 제2 화합물 중 적어도 하나는 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하고;
제1 화합물은 150 내지 350℃의 증발 온도 Temp1을 가지며;
제2 화합물은 150 내지 350℃의 증발 온도 Temp2를 가지며;
Temp1-Temp2의 절대값은 20℃ 미만이고;
제1 화합물은 상기 혼합물 중 농도 C1, 및 증발되는 혼합물로부터 미리 정해진 거리에 위치한 표면 상에서 2 Å/sec의 증착 속도로, 1x10-6 Torr 내지 1x10-9 Torr 사이의 일정한 압력에서 진공 증착 도구에서 혼합물을 증발시켜 형성된 막 중 농도 C2를 가지며;
(C1-C2)/C1의 절대값은 5% 미만이다.
일부 실시양태에서, 상기 애노드, 캐소드, 또는 유기 발광층 위에 배치된 새로운 층 중 적어도 하나는 향상층으로서 기능한다. 상기 향상층은, 이미터 물질에 비방사적으로 결합하여 여기 상태 에너지를 이미터 물질로부터 표면 플라즈몬 폴라리톤의 비방사적 모드로 전달하는 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 플라즈몬 물질을 포함한다. 상기 향상층은 유기 발광층으로부터 임계 거리 이하로 떨어져 있도록 제공되며, 이 경우 상기 이미터 물질은 상기 향상층의 존재로 인해 전체 비방사성 감쇠 속도 상수 및 전체 방사성 감쇠 속도 상수를 가지며, 상기 임계 거리는 전체 비방사성 감쇠 속도 상수가 전체 방사성 감쇠 속도 상수와 동일한 곳이다. 일부 실시양태에서, OLED는 아웃커플링층을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 아웃커플링층은 유기 발광층의 맞은편 상의 향상층 위에 배치된다. 일부 실시양태에서, 상기 아웃커플링층은 향상층으로부터 발광층 맞은편 상에 배치되지만, 여전히 향상층의 표면 플라즈몬 모드로부터 에너지를 아웃커플링시킨다. 상기 아웃커플링층은 표면 플라즈몬 폴라리톤으로부터 에너지를 산란시킨다. 일부 실시양태에서, 상기 에너지는 광자로서 자유 공간으로 산란된다. 다른 실시양태에서, 상기 에너지는 표면 플라즈몬 모드로부터, 예컨대 이에 제한되지는 않지만, 유기 도파관 모드, 기판 모드, 또는 다른 도파관 모드와 같은 디바이스의 다른 모드로 산란된다. 에너지가 OLED의 비자유 공간 모드로 산란되는 경우에는, 다른 아웃커플링 방식들을 도입하여 해당 에너지를 자유 공간으로 추출할 수도 있다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 개재층이 향상층과 아웃커플링층 사이에 배치될 수도 있다. 개재층(들)에 대한 예는 유기, 무기, 페로브스카이트, 산화물을 비롯한 유전체 물질일 수 있고, 이러한 물질들의 스택 및/또는 혼합물을 포함할 수도 있다.
향상층은 이미터 물질이 존재하고 있는 매질의 유효 물성을 개질시켜 하기한 것들 중 임의의 하나를 변화시키거나 모두를 변화시킨다: 방출 속도 감소, 방출선 형태의 개질, 각도에 따른 방출 강도 변화, 이미터 물질의 안정성 변화, OLED 효율의 변화, 및 OLED 디바이스의 효율 저하(roll-off) 감소. 캐소드 측, 애노드 측 또는 캐소드와 애노드 양측에 향상층을 배치하게 되면, 상기 언급한 효과들 중 임의의 한 효과를 활용하는 OLED 장치를 만들 수 있다. 본원에 언급하고 도면에 도시한 다양한 OLED 예들에 예시된 특정 기능성 층에 더하여, 본 발명에 따른 OLED는 OLED에서 흔히 발견되는 임의의 다른 기능성 층들도 포함할 수 있다.
향상층은 플라즈몬 물질, 광학 활성 메타물질 또는 쌍곡선형 메타물질로 이루어질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 플라즈몬 물질은 전자기 스펙트럼의 가시 광선 또는 자외선 영역에서 유전율의 실수부가 0이 아닌 물질이다. 일부 실시양태에서, 상기 플라즈몬 물질은 적어도 하나의 금속을 포함한다. 이러한 실시양태에서, 상기 금속은 Ag, Al, Au, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ru, Pd, In, Bi, Ca, 이러한 물질들의 합금 또는 혼합물, 및 이러한 물질들의 스택 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일반적으로, 메타물질은 매질 전체가 물질 부분들의 총합과는 달리 작용하는 서로 다른 물질들로 이루어진 매질이다. 특히, 본 발명자들은 광학 활성 메타물질을 음의 유전율과 음의 투과성을 모두 갖는 물질로 규정한다. 반면에, 쌍곡선형 메타물질은 유전율 또는 투과성이 서로 다른 공간적 방향에 대해 서로 다른 부호를 갖는 이방성 매질이다. 광학 활성 메타물질 및 쌍곡선형 메타물질은 해당 매질이 빛의 전파 방향으로 파장 길이 면에서 균일하게 나타나야 한다는 점에서 분산 브래그 반사기("DBR")와 같은 여러가지 다른 광자 구조들과는 엄격하게 구별된다. 당업자가 이해할 수있는 용어를 사용하면: 메타물질의 전파 방향으로의 유전율은 유효 매질 근사법으로 설명할 수 있다. 플라즈몬 물질 및 메타물질은 다양한 방법으로 OLED 성능을 향상시킬 수 있는 빛의 전파를 제어하는 방법을 제공한다.
일부 실시양태에서, 상기 향상층은 평면층으로 제공된다. 다른 실시양태에서, 향상층은 주기적으로, 준-주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 파장 크기의 특징부를 가지거나, 또는 주기적으로, 준-주기적으로 또는 무작위로 배열되는 파장보다 작은 크기의 특징부를 가진다. 일부 실시양태에서, 상기 파장 크기의 특징부 및 파장보다 작은 크기의 특징부는 날카로운 엣지를 가진다.
일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 주기적으로, 준-주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 파장 크기의 특징부를 가지거나, 또는 주기적으로, 준-주기적으로 또는 무작위로 배열되는 파장보다 작은 크기의 특징부를 가진다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 복수의 나노입자들로 이루어질 수 있고, 다른 실시양태에서, 아웃커플링층은 어떤 물질 위에 배치된 복수의 나노입자들로 이루어진다. 이러한 실시양태에서, 아웃커플링은 복수의 나노입자들의 크기 변경, 복수의 나노입자의 형태 변경, 복수의 나노입자들의 물질 변경, 해당 물질의 두께 조정, 복수의 나노입자들 상에 배치된 물질의 굴절률 또는 추가의 층 변경, 향상층의 두께 변경 및/또는 향상층의 물질 변경 중 적어도 하나에 의해 조정할 수 있다. 디바이스의 복수의 나노입자들은 금속, 유전체 물질, 반도체 물질, 금속 합금, 유전체 물질들의 혼합물, 하나 이상의 물질들의 스택 또는 적층 및/또는 서로 다른 유형의 물질의 쉘로 코팅된 한 유형의 물질로 된 코어 중 적어도 하나로부터 형성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 적어도 금속 나노입자들로 이루어지며, 이 경우 상기 금속은 Ag, Al, Au, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ru, Pd, In, Bi, Ca, 상기 물질들의 합금 또는 혼합물, 및 상기 물질들의 스택으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 복수의 나노입자들은 자신들 위에 배치된 추가의 층을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 방출의 편광은 아웃커플링층을 사용하여 조정될 수 있다. 아웃커플링층의 치수 및 주기성을 다양하게 하면 공기와 우선적으로 아웃커플링되는 편광 유형을 선택할 수 있다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 디바이스의 전극으로도 작용한다.
G. 소비자 제품
또 다른 양태에서, 본 발명은 또한 본원에 개시된 OLED를 포함하는 소비자 제품을 제공한다.
일부 실시양태에서, 소비자 제품은 평면 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 대각선이 2인치 미만인 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된(tiled) 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 광요법 디바이스, 및 간판 중 하나일 수 있다.
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자와 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 생성된다. 엑시톤이 광방출 메카니즘을 통해 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비방사 메카니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
여러가지의 OLED 재료 및 구성은 미국특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 발광 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 제시되었다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 문헌[Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 인광은 인용에 의해 포함되는 미국특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 나타낸다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 디바이스(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 배리어층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 인용에 의해 포함되는 미국특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 층 각각에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성이고 투명한 기판-애노드 조합이 미국특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 한 예는 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 m-MTDATA가 F4-TCNQ로 도핑된 것이 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 발광 및 호스트 물질의 예는 미국특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 그 전문이 인용에 의해 포함되는 미국특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는, 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국특허 제6,097,147호 및 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 주입층의 예는 미국특허출원 공개공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 보호층의 설명은 미국특허출원 공개공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다.
도 2는 역구조 OLED(200)를 나타낸다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구성이 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있는 것이고, 디바이스(200)는 애노드(230)의 아래에 배치된 캐소드(215)를 갖고 있으므로, 디바이스(200)는 "역구조" OLED로 지칭될 수 있다. 디바이스(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 디바이스(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조로부터 일부 층이 어떻게 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공되며, 본 발명의 실시양태는 다양한 다른 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 다른 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 기능성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나, 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략될 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기재된 물질과 다른 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물, 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층은 다양한 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 한 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질들의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국특허 제5,247,190호(Friend 등)에 개시된 바와 같은 중합체 물질을 포함하는 OLED(PLED)를 또한 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국특허 제5,707,745호(Forrest 등)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국특허 제5,834,893호(Bulovic 등)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌들은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 미국특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액 기반 공정을 포함한다. 용액 기반 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌들은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및 잉크-제트 및 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)과 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들도 또한 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴기와 같은 치환기는 소분자에 사용되어 이의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3개 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 더 낮은 재결정화 경향성을 가질 수 있기 때문에, 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 물질보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 배리어층을 임의로 더 포함할 수 있다. 배리어층의 한 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 보호하는 것이다. 배리어층은 엣지를 포함하는 디바이스의 임의의 기타 부분의 위에서, 전극 또는, 기판의 위에서, 아래에서 또는 옆에서 증착될 수 있다. 배리어층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 배리어층은 다양한 공지의 화학 기상 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 물질 또는 물질의 조합을 배리어층에 사용할 수 있다. 배리어층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 바람직한 배리어층은 미국특허 제7,968,146호, PCT 특허출원번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 바와 같은 중합체 물질 및 비중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다. "혼합물"로 간주되기 위해, 배리어층을 포함하는 전술한 중합체 및 비중합체 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동일한 시간에 증착되어야만 한다. 중합체 대 비중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위 내일 수 있다. 중합체 및 비중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 및 비중합체 물질의 혼합물은 본질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 다양한 전자 제품 또는 중간 부품 내에 포함될 수 있는 광범위하게 다양한 전자 부품 모듈(또는 유닛) 내에 포함될 수 있다. 이러한 전자 제품 또는 중간 부품의 예는 최종 소비자 제품 생산자에 의해 사용될 수 있는 디스플레이 스크린, 발광 디바이스, 예컨대 개별 광원 디바이스 또는 조명 패널 등을 포함한다. 이러한 전자 부품 모듈은 임의로 구동 전자 장치 및/또는 동력원(들)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 하나 이상의 전자 부품 모듈(또는 유닛)을 그 안에 포함하는 광범위하게 다양한 소비자 제품 내에 포함될 수 있다. OLED 내 유기층에 본 발명의 화합물을 포함하는 OLED를 포함하는 소비자 제품이 개시된다. 이러한 소비자 제품은 하나 이상의 광원(들) 및/또는 하나 이상의 어떤 종류의 영상 디스플레이를 포함하는 임의 종류의 제품을 포함할 것이다. 이러한 소비자 제품의 몇몇 예로는 평면 패널 디스플레이, 곡면 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 롤러블 디스플레이, 폴더블 디스플레이, 스트레처블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이(대각선이 2인치 미만인 디스플레이), 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 광요법 디바이스, 및 간판이 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메카니즘을 사용하여 본 발명에 따라 제작된 디바이스를 조절할 수 있다. 다수의 디바이스는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 하지만, 상기 온도 범위 밖의 온도, 예컨대 -40℃ 내지 +80℃에서도 사용될 수 있다.
OLED에 대한 더욱 상세한 내용 및 전술한 정의는, 미국특허 제7,279,704호에서 찾을 수 있으며, 이의 전문은 인용에 의해 본원에 포함된다.
본원에 기재된 물질 및 구조는 OLED 이외의 디바이스에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 기타의 광전자 디바이스, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 디바이스, 예컨대 유기 트랜지스터는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
일부 실시양태에서, OLED는 플렉시블, 롤러블, 폴더블, 스트레처블 및 곡면 특성으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 특성을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 투명 또는 반투명하다. 일부 실시양태에서, OLED는 탄소 나노튜브를 포함하는 층을 더 포함한다.
일부 실시양태에서, OLED는 지연 형광 이미터를 포함하는 층을 더 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 RGB 픽셀 배열, 또는 화이트 플러스 컬러 필터 픽셀 배열을 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 모바일 디바이스, 핸드 헬드 디바이스, 또는 웨어러블 디바이스이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 미만이거나 면적이 50 제곱인치 미만인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 이상이거나 면적이 50 제곱인치 이상인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 조명 패널이다.
일부 실시양태에서, 상기 화합물은 발광 도펀트일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 인광, 형광, 열 활성화 지연 형광, 즉, TADF(또한 E형 지연 형광으로도 지칭됨; 예를 들면 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함되는 미국특허출원 제15/700,352호를 참조함), 삼중항-삼중항 소멸 또는 이들 과정의 조합을 통해 발광을 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 발광 도펀트는 라세믹 혼합물일 수 있거나, 또는 하나의 거울상 이성질체가 농후할 수 있다. 일부 실시양태에서, 화합물은 동종리간드성(각 리간드가 동일)일 수 있다. 일부 실시양태에서, 화합물은 이종리간드성(적어도 하나의 리간드가 나머지와 상이)일 수 있다. 금속에 배위된 하나 초과의 리간드가 존재하는 경우, 리간드는 일부 실시양태에서 모두 동일할 수 있다. 일부 다른 실시양태에서는, 적어도 하나 리간드가 나머지 리간드와 상이하다. 일부 실시양태에서는, 모든 리간드가 서로 상이할 수 있다. 이것은 또한, 금속에 배위된 리간드가 그 금속에 배위된 다른 리간드와 연결되어 3좌, 4좌, 5좌, 또는 6좌 리간드를 형성할 수 있는 실시양태의 경우에도 해당된다. 따라서, 배위 리간드들이 함께 연결되는 경우, 모든 리간드가 일부 실시양태에서 동일할 수 있고, 연결되는 리간드 중 적어도 하나는 일부 다른 실시양태의 경우에 나머지 리간드(들)와 상이할 수 있다.
일부 실시양태에서, 화합물은 OLED에서 인광성 증감제로서 사용될 수 있고, 이때 OLED 내 하나 또는 복수의 층이 하나 이상의 형광 및/또는 지연 형광 이미터 형태의 억셉터를 함유한다. 일부 실시양태에서, 화합물은 증감제로서 사용되는 엑시플렉스의 하나의 성분으로서 사용될 수 있다. 인광성 증감제로서, 화합물은 억셉터로 에너지를 전달할 수 있어야 하고 억셉터는 에너지를 방출하거나 추가로 최종 이미터로 에너지를 전달한다. 억셉터 농도는 0.001% 내지 100%의 범위일 수 있다. 억셉터는 인광성 증감제와 동일한 층 또는 하나 이상의 상이한 층에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 억셉터는 TADF 이미터이다. 일부 실시양태에서, 억셉터는 형광 이미터이다. 일부 실시양태에서, 발광은 증감제, 억셉터 및 최종 이미터 중 어느 것 또는 전부로부터 일어날 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본원에 기재된 화합물을 포함하는 배합물이 또한 개시되어 있다.
본원에 개시된 OLED는 소비자 제품, 전자 부품 모듈 및 조명 패널 중 하나 이상에 포함될 수 있다. 유기층은 발광층일 수 있고, 상기 화합물은 일부 실시양태에서 발광 도펀트일 수 있고, 한편 상기 화합물은 다른 실시양태에서 비발광 도펀트일 수 있다.
본 발명의 또 하나의 다른 양태에서는, 본원에 개시된 신규 화합물을 포함하는 배합물이 기재된다. 배합물은 본원에 개시된 용매, 호스트, 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 전자 차단 물질, 정공 차단 물질, 및 전자 수송 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 성분을 포함할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 신규 화합물, 또는 이의 1가 또는 다가 변형체를 포함하는 임의의 화학 구조를 포함한다. 즉, 본 발명의 화합물, 또는 이의 1가 또는 다가 변형체는 더 큰 화학 구조의 일부일 수 있다. 그러한 화학 구조는 단량체, 중합체, 거대분자 및 초분자(초거대분자로도 알려짐)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "화합물의 1가 변형체"는 하나의 수소가 제거되고 나머지 화학 구조에 대한 결합으로 대체된 것을 제외하고는 화합물과 동일한 모이어티를 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같이, "화합물의 다가 변형체"는 하나 초과의 수소가 제거되고 나머지 화학 구조에 대한 결합 또는 결합들로 대체된 것을 제외하고는 화합물과 동일한 모이어티를 나타낸다. 초분자의 경우, 본 발명의 화합물은 또한 공유 결합 없이 초분자 착물에 혼입될 수도 있다.
H. 본 발명의 화합물과 다른 물질의 조합
유기 발광 디바이스에서 특정 층에 대하여 유용한 것으로 본원에 기재된 물질은 디바이스에 존재하는 매우 다양한 기타 물질과의 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 발광 도펀트는 매우 다양한 호스트, 수송층, 차단층, 주입층, 전극 및 존재할 수 있는 기타 층과 결합되어 사용될 수 있다. 하기에 기재되거나 또는 언급된 물질은 본원에 개시된 화합물과의 조합에 유용할 수 있는 물질의 비제한적인 예시이며, 당업자는 조합에 유용할 수 있는 기타 물질을 식별하기 위해 문헌을 용이하게 참조할 수 있다.
a) 전도성 도펀트:
전하 수송층은 전도성 도펀트로 도핑되어 이의 전하 캐리어 밀도를 실질적으로 변화시킬 수 있고, 이는 결과적으로 이의 전도성을 변화시킬 것이다. 전도성은 매트릭스 물질에서 전하 캐리어를 생성시킴으로써 증가되며, 도펀트의 유형에 따라, 반도체의 페르미 준위에서의 변화가 또한 달성될 수 있다. 정공 수송층은 p형 전도성 도펀트로 도핑될 수 있고 n형 전도성 도펀트는 전자 수송층에서 사용된다.
본원에 개시된 물질과의 조합으로 OLED에서 사용될 수 있는 전도성 도펀트의 비제한적인 예시는 그 물질들을 개시하는 참조문헌과 함께 하기에 예시되어 있다: EP01617493, EP01968131, EP2020694, EP2684932, US20050139810, US20070160905, US20090167167, US2010288362, WO06081780, WO2009003455, WO2009008277, WO2009011327, WO2014009310, US2007252140, US2015060804, US20150123047, 및 US2012146012.
Figure pat00012
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b) HIL/HTL:
본 발명에서 사용하고자 하는 정공 주입/수송 물질은 특정하게 제한되지 않으며, 통상적으로 정공 주입/수송 물질로서 사용되는 한 임의의 화합물을 사용할 수 있다. 물질의 비제한적인 예로는 프탈로시아닌 또는 포르피린 유도체; 방향족 아민 유도체; 인돌로카르바졸 유도체; 플루오로히드로카본을 포함하는 중합체; 전도성 도펀트를 갖는 중합체; 전도성 중합체, 예컨대 PEDOT/PSS; 포스폰산 및 실란 유도체와 같은 화합물로부터 유도된 자체조립 단량체; 금속 산화물 유도체, 예컨대 MoOx; p-형 반도체 유기 화합물, 예컨대 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌헥사카르보니트릴; 금속 착물 및 가교성 화합물을 들 수 있다.
HIL 또는 HTL에 사용된 방향족 아민 유도체의 비제한적인 예로는 하기 구조식을 들 수 있다:
Figure pat00013
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각각의 Ar1 내지 Ar9는 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌 및 아줄렌과 같은 방향족 탄화수소 시클릭 화합물로 이루어진 군; 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤즈옥사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 페녹사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘과 같은 방향족 헤테로환식 화합물로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 시클릭 기 및 방향족 헤테로환식 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 군이며 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 쇄 구조 단위 및 지방족 시클릭 기 중 하나 이상을 통해 결합되거나 서로 직접 결합되는 2 내지 10개의 시클릭 구조 단위로 이루어진 군에서 선택된다. 각각의 Ar은 비치환될 수 있거나, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기로 치환될 수 있다.
일양태에서, Ar1 내지 Ar9은 독립적으로 하기 화학식으로 이루어진 군에서 선택된다:
Figure pat00014
여기서 k는 1 내지 20의 정수이며; X101 내지 X108은 C(CH 포함) 또는 N이고; Z101은 NAr1, O 또는 S이고; Ar1은 상기 정의된 바와 동일한 기를 가진다.
HIL 또는 HTL에 사용된 금속 착물의 비제한적인 예는 하기 화학식을 들 수 있다:
Figure pat00015
여기서 Met는 금속이며, 40 초과의 원자량을 가질 수 있고; (Y101-Y102)는 2좌 리간드이고, Y101 및 Y102는 독립적으로 C, N, O, P 및 S로부터 선택되며; L101은 보조적 리간드이며; k'는 1 내지 금속에 부착될 수 있는 리간드 최대수의 정수값이고; k'+k"는 금속에 부착될 수 있는 리간드 최대수이다.
일양태에서, (Y101-Y102)는 2-페닐피리딘 유도체이다. 또 다른 양태에서, (Y101-Y102)는 카르벤 리간드이다. 또 다른 양태에서, Met는 Ir, Pt, Os 및 Zn로부터 선택된다. 추가 양태에서, 금속 착물은 약 0.6 V 미만의 용액 중의 최소 산화 전위 대 Fc+/Fc 커플을 가진다.
본원에 개시된 물질과의 조합으로 OLED에서 사용될 수 있는 HIL 및 HTL 물질의 비제한적인 예시는 그 물질들을 개시하는 참조문헌과 함께 하기에 예시되어 있다: CN102702075, DE102012005215, EP01624500, EP01698613, EP01806334, EP01930964, EP01972613, EP01997799, EP02011790, EP02055700, EP02055701, EP1725079, EP2085382, EP2660300, EP650955, JP07-073529, JP2005112765, JP2007091719, JP2008021687, JP2014-009196, KR20110088898, KR20130077473, TW201139402, US06517957, US20020158242, US20030162053, US20050123751, US20060182993, US20060240279, US20070145888, US20070181874, US20070278938, US20080014464, US20080091025, US20080106190, US20080124572, US20080145707, US20080220265, US20080233434, US20080303417, US2008107919, US20090115320, US20090167161, US2009066235, US2011007385, US20110163302, US2011240968, US2011278551, US2012205642, US2013241401, US20140117329, US2014183517, US5061569, US5639914, WO05075451, WO07125714, WO08023550, WO08023759, WO2009145016, WO2010061824, WO2011075644, WO2012177006, WO2013018530, WO2013039073, WO2013087142, WO2013118812, WO2013120577, WO2013157367, WO2013175747, WO2014002873, WO2014015935, WO2014015937, WO2014030872, WO2014030921, WO2014034791, WO2014104514, WO2014157018.
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
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c) EBL:
전자 차단층(EBL)은 발광층을 떠나는 전자 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 높은 LUMO(진공 준위에 보다 가까움) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 높은 LUMO(진공 준위에 보다 가까움) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일양태에서, EBL에 사용되는 화합물은 이하에 기재된 호스트들 중 하나와 동일한 사용 분자 또는 작용기를 함유한다.
d) 호스트:
본 발명의 유기 EL 디바이스의 발광층은 바람직하게는 발광 물질로서 적어도 금속 착물을 포함하며, 도펀트 물질로서 금속 착물을 사용하는 호스트 물질을 포함할 수 있다. 호스트 물질의 예는 특별히 제한되지 않으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 호스트의 삼중항 에너지가 도펀트의 삼중항 에너지보다 더 크기만 하다면 사용될 수 있다. 삼중항 기준을 충족하는 한, 임의의 호스트 물질이 임의의 도펀트와 함께 사용될 수 있다.
호스트로서 사용되는 금속 착물의 예는 하기 화학식을 갖는 것이 바람직하다:
Figure pat00021
여기서 Met는 금속이고; (Y103-Y104)는 2좌 리간드이고, Y103 및 Y104는 독립적으로 C, N, O, P 및 S로부터 선택되며; L101은 또 다른 리간드이며; k'는 1 내지 금속에 부착될 수 있는 리간드의 최대 수의 정수값이고; k'+k"는 금속에 부착될 수 있는 리간드의 최대 수이다.
일양태에서, 금속 착물은
Figure pat00022
이며, 여기서 (O-N)은 원자 O 및 N에 배위된 금속을 갖는 2좌 리간드이다.
또 다른 양태에서, Met는 Ir 및 Pt로부터 선택된다. 추가 양태에서, (Y103-Y104)는 카르벤 리간드이다.
일양태에서, 호스트 화합물은 방향족 탄화수소 시클릭 화합물, 예컨대 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 테트라페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌 및 아줄렌으로 이루어진 군; 방향족 헤테로환식 화합물, 예컨대 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤즈옥사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 페녹사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘으로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 시클릭 기 및 방향족 헤테로환식 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 기이며 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 쇄 구조 단위 및 지방족 시클릭 기 중 하나 이상을 통해 결합되거나 서로 직접 결합되는 2 내지 10개의 시클릭 구조 단위로 이루어진 군에서 선택된 군 중 적어도 하나를 함유한다. 각각의 기 내의 각 선택지는 비치환될 수 있거나 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 치환기로 치환될 수 있다.
일양태에서, 호스트 화합물은 분자에 하기 기들 중 하나 이상을 함유한다:
Figure pat00023
여기서 R101은 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며, 아릴 또는 헤테로아릴인 경우, 상기 기술한 Ar과 유사한 정의를 갖는다. k는 0 내지 20 또는 1 내지 20의 정수이다. X101 내지 X108은 독립적으로 C(CH 포함) 또는 N으로부터 선택된다. Z101 및 Z102는 독립적으로 NR101, O 또는 S로부터 선택된다.
본원에 개시된 물질과의 조합으로 OLED에서 사용될 수 있는 호스트 물질의 비제한적인 예시는 그 물질들을 개시하는 참조문헌과 함께 하기에 예시되어 있다: EP2034538, EP2034538A, EP2757608, JP2007254297, KR20100079458, KR20120088644, KR20120129733, KR20130115564, TW201329200, US20030175553, US20050238919, US20060280965, US20090017330, US20090030202, US20090167162, US20090302743, US20090309488, US20100012931, US20100084966, US20100187984, US2010187984, US2012075273, US2012126221, US2013009543, US2013105787, US2013175519, US2014001446, US20140183503, US20140225088, US2014034914, US7154114, WO2001039234, WO2004093207, WO2005014551, WO2005089025, WO2006072002, WO2006114966, WO2007063754, WO2008056746, WO2009003898, WO2009021126, WO2009063833, WO2009066778, WO2009066779, WO2009086028, WO2010056066, WO2010107244, WO2011081423, WO2011081431, WO2011086863, WO2012128298, WO2012133644, WO2012133649, WO2013024872, WO2013035275, WO2013081315, WO2013191404, WO2014142472, US20170263869, US20160163995, US9466803,
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
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e) 추가의 이미터:
하나 이상의 추가의 이미터 도펀트가 본 발명의 화합물과 결합하여 사용될 수 있다. 추가의 이미터 도펀트의 예는 특별히 한정되지 않으며, 이미터 물질로서 전형적으로 사용되는 한 임의의 화합물이 사용될 수 있다. 적합한 이미터 물질의 예는, 인광, 형광, 열 활성화 지연 형광, 즉, TADF(또한 E형 지연 형광으로도 지칭됨), 삼중항-삼중항 소멸 또는 이들 과정의 조합을 통해 발광을 일으킬 수 있는 화합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본원에 개시된 물질과의 조합으로 OLED에 사용될 수 있는 이미터 물질의 비제한적인 예시는 그 물질들을 개시하는 참조문헌과 함께 하기에 예시되어 있다: CN103694277, CN1696137, EB01238981, EP01239526, EP01961743, EP1239526, EP1244155, EP1642951, EP1647554, EP1841834, EP1841834B, EP2062907, EP2730583, JP2012074444, JP2013110263, JP4478555, KR1020090133652, KR20120032054, KR20130043460, TW201332980, US06699599, US06916554, US20010019782, US20020034656, US20030068526, US20030072964, US20030138657, US20050123788, US20050244673, US2005123791, US2005260449, US20060008670, US20060065890, US20060127696, US20060134459, US20060134462, US20060202194, US20060251923, US20070034863, US20070087321, US20070103060, US20070111026, US20070190359, US20070231600, US2007034863, US2007104979, US2007104980, US2007138437, US2007224450, US2007278936, US20080020237, US20080233410, US20080261076, US20080297033, US200805851, US2008161567, US2008210930, US20090039776, US20090108737, US20090115322, US20090179555, US2009085476, US2009104472, US20100090591, US20100148663, US20100244004, US20100295032, US2010102716, US2010105902, US2010244004, US2010270916, US20110057559, US20110108822, US20110204333, US2011215710, US2011227049, US2011285275, US2012292601, US20130146848, US2013033172, US2013165653, US2013181190, US2013334521, US20140246656, US2014103305, US6303238, US6413656, US6653654, US6670645, US6687266, US6835469, US6921915, US7279704, US7332232, US7378162, US7534505, US7675228, US7728137, US7740957, US7759489, US7951947, US8067099, US8592586, US8871361, WO06081973, WO06121811, WO07018067, WO07108362, WO07115970, WO07115981, WO08035571, WO2002015645, WO2003040257, WO2005019373, WO2006056418, WO2008054584, WO2008078800, WO2008096609, WO2008101842, WO2009000673, WO2009050281, WO2009100991, WO2010028151, WO2010054731, WO2010086089, WO2010118029, WO2011044988, WO2011051404, WO2011107491, WO2012020327, WO2012163471, WO2013094620, WO2013107487, WO2013174471, WO2014007565, WO2014008982, WO2014023377, WO2014024131, WO2014031977, WO2014038456, WO2014112450.
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
.
f) HBL:
정공 차단층(HBL)은 발광층을 떠나는 정공 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 낮은 HOMO(진공 준위로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 낮은 HOMO(진공 준위로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다.
일양태에서, HBL에 사용되는 화합물은 전술한 호스트와 동일한 사용 분자 또는 작용기를 함유한다.
또 다른 양태에서, HBL에 사용되는 화합물은 분자에 하기 기들 중 하나 이상을 함유한다:
Figure pat00035
여기서 k는 1 내지 20의 정수이며; L101은 또 다른 리간드이고, k'은 1 내지 3의 정수이다.
g) ETL:
전자 수송층(ETL)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층은 고유하거나(도핑되지 않음) 또는 도핑될 수 있다. 도핑은 전도성을 향상시키는데 사용될 수 있다. ETL 물질의 예는 특별히 제한되지는 않으며, 통상적으로 전자를 수송하는데 사용되는 한 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물이 사용될 수 있다.
일양태에서, ETL에 사용되는 화합물은 분자에서 하기 기 중 하나 이상을 포함한다:
Figure pat00036
여기서 R101은 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며, 아릴 또는 헤테로아릴인 경우, 상기 기술한 Ar과 유사한 정의를 가진다. Ar1 내지 Ar3는 상기 기술한 Ar과 유사한 정의를 가진다. k는 1 내지 20의 정수이다. X101 내지 X108은 C(CH 포함) 또는 N으로부터 선택된다.
또 다른 양태에서, ETL에 사용되는 금속 착물은 하기 화학식을 포함하나, 이에 제한되지 않는다:
Figure pat00037
여기서 (O-N) 또는 (N-N)은 원자 O, N 또는 N, N에 배위된 금속을 갖는 2좌 리간드이며; L101은 또 다른 리간드이며; k'은 1 내지 금속이 부착될 수 있는 리간드의 최대 수인 정수 값이다.
본원에 개시된 물질과의 조합으로 OLED에서 사용될 수 있는 ETL 물질의 비제한적인 예는, 그 물질들을 개시하는 참조문헌과 함께 하기에 예시되어 있다: CN103508940, EP01602648, EP01734038, EP01956007, JP2004-022334, JP2005149918, JP2005-268199, KR0117693, KR20130108183, US20040036077, US20070104977, US2007018155, US20090101870, US20090115316, US20090140637, US20090179554, US2009218940, US2010108990, US2011156017, US2011210320, US2012193612, US2012214993, US2014014925, US2014014927, US20140284580, US6656612, US8415031, WO2003060956, WO2007111263, WO2009148269, WO2010067894, WO2010072300, WO2011074770, WO2011105373, WO2013079217, WO2013145667, WO2013180376, WO2014104499, WO2014104535,
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
.
h) 전하 생성층(CGL):
탠덤형(tandem) 또는 적층형 OLED에서, CGL은 성능 면에서 필수적인 역할을 수행하며, 이는 각각 전자와 정공을 주입하기 위한 n-도핑된 층 및 p-도핑된 층으로 이루어진다. 전자와 정공은 CGL 및 전극으로부터 공급된다. CGL에서 소모된 전자와 정공은 각각 캐소드와 애노드로부터 주입된 전자와 정공에 의해 다시 채워지며; 그 후, 바이폴라 전류가 점차적으로 정상 상태에 도달한다. 통상의 CGL 물질은 수송층에서 사용되는 n 및 p 전도성 도펀트를 포함한다.
OLED 디바이스의 각 층에서 사용되는 임의의 상기 언급한 화합물들에서, 수소 원자는 부분적으로 또는 완전하게 중수소화될 수 있다. 중수소화되는 화합물의 수소의 최소량은 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, 및 100%로 이루어진 군에서 선택된다. 따라서, 임의의 구체적으로 열거된 치환기, 예컨대, 비제한적으로, 메틸, 페닐, 피리딜 등은 이의 비중수소화, 부분 중수소화 및 완전 중수소화된 형태일 수 있다. 마찬가지로, 치환기 유형, 예컨대, 비제한적으로, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴 등은 또한 이의 비중수소화, 부분 중수소화 및 완전 중수소화된 형태일 수 있다.
본원에 기술된 다양한 실시양태는 단지 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에 기술된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 따라서, 특허 청구된 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술된 특정 실시예 및 바람직한 실시양태로부터 유래하는 변형예를 포함할 수도 있다. 본 발명이 왜 효과가 있는지에 관한 다양한 이론을 한정하려는 의도는 없음을 이해하여야 한다.
실험 데이터
DABNA-D21의 합성
Figure pat00041
압력 튜브에서, 1,4-디옥산(250 mL) 중 SPhos(6.85 g, 16.70 mmol), Pd(0)2(dba)3(7.64 g, 8.35 mmol), 나트륨 tert-부톡시드(32.1 g, 334 mmol), 1-브로모벤젠-2,3,4,5,6-d5(27.1 g, 167 mmol), 벤젠-2,4,5,6-d4-1,3-디아민-N1,N1,N3,N3-d4(4.85 g, 41.7 mmol)의 혼합물을 N2로 5분 동안 버블링한 다음, 캡을 씌우고, 100℃에서 2일 동안 교반하였다. 완료 후, 혼합물을 실온으로 냉각하고, CH2Cl2로 희석하고, SiO2의 짧은 패드를 통해 여과하였다. 생성된 미정제 생성물을 SiO2에 흡수시키고, 컬럼 크로마토그래피(SiO2, 헵탄으로부터 헵탄 중 10% CH2Cl2까지)로 정제하여 백색 고체를 얻었다. 고체를 MeOH로부터 분쇄하여 중간체 1을 백색 분말로서 얻었다(15 g, 수율: 82%).
압력 튜브에서, o-디클로로벤젠(60 mL) 중 중간체 1(3.5 g, 8.01 mmol)의 용액을 N2로 5분 동안 버블링한 다음, 트리요오도보란(3.14 g, 8.01 mmol)을 한번에 첨가하고, 상온에서 30분간 교반한 후, 160℃에서 48시간 동안 교반하였다. 출발 물질을 소모한 후, 혼합물을 실온으로 냉각시키고, NaHSO3 포화 수용액(100 mL)으로 켄칭하고, CH2Cl2(100 mLx3)로 추출하였다. 합한 유기층을 진공 하에 농축하여 CH2Cl2를 제거하였다. 컬럼 크로마토그래피(SiO2, 헵탄으로부터 헵탄 중 10% CH2Cl2까지)를 위해 o-디클로로벤젠 용액을 SiO2에 흡수시켜 DABNA-D21을 황색 고체(0.22 g, 수율: 6%)로서 얻었다.
증감제가 있거나 없는 형광성 이미터로서 DABNA-1 및 DABNA-D21을 사용하여 OLED 디바이스를 제조하였다. 디바이스 결과는 각각 표 1과 표 2에 나타나 있으며, EQE와 전압은 10 mA/c㎡에서 취하였고, 수명(LT90)은 20 mA/㎠의 정전류 밀도에서 초기 휘도의 90%까지 밝기가 감소하는 시간이다.
Figure pat00042
15-Ω/sq의 시트 저항을 갖는 인듐-주석-산화물(ITO) 층으로 사전 코팅된 유리 기판 상에 OLED를 성장시켰다. 유기층 증착 또는 코팅 전에, 기판을 용매로 탈지한 다음, 100 mTorr에서 50W로 1.5분 동안 산소 플라즈마로 처리하고, 5분 동안 UV 오존으로 처리하였다. 디바이스는 열 증발에 의해 고진공(< 10-6 Torr)에서 제작하였다. 애노드 전극은 750Å의 인듐 주석 산화물(ITO)이었다. 모든 디바이스는 패키지 내부에 통합된 수분 게터로 제작 직후 질소 글로브 박스(<1ppm의 H2O 및 O2)에서 에폭시 수지로 밀봉된 유리 뚜껑으로 캡슐화하였다. 도핑 백분율은 부피 백분율로 표시된다. 디바이스는 두 가지 다른 디바이스 구조로 성장시켰다.
표 1에 나타낸 디바이스는 ITO 표면으로부터 순차적으로 100Å의 화합물 1(HIL), 250Å의 화합물 2(HTL), 50Å의 화합물 3(EBL), 화합물 4 40%, 인광체 1 12%, 및 DABNA-1 또는 DABNA-D21 2%로 도핑된 300Å의 화합물 3(EML), 50Å의 화합물 4(BL), 화합물 6 35%로 도핑된 300Å의 화합물 5(ETL), 10Å의 화합물 5(EIL), 이어서 1,000Å의 Al(캐소드)로 이루어진 유기층을 가졌다. 억셉터로서의 DABNA-D21로 도핑된 디바이스(실시예 1)와 억셉터로서의 DABNA-1로 도핑된 디바이스(비교예 1)에 대한 디바이스 성능이 표 1에 나와 있다. 디바이스 실시예 1에 대한 전압, EQE 및 LT90이 비교예 1에 대한 값에 대하여 보고되어 있다.
Figure pat00043
표 2에 나타낸 디바이스는 ITO 표면으로부터 순차적으로 100Å의 화합물 1(HIL), 250Å의 화합물 2(HTL), DABNA-1 또는 DABNA-D21 3% 및 2%로 도핑된 300Å의 화합물 7(EML), 50Å의 화합물 8(BL), 화합물 6 35%로 도핑된 300Å의 화합물 5(ETL), 10Å의 화합물 5(EIL), 이어서 1,000Å의 Al(캐소드)로 이루어진 유기층을 가졌다. 억셉터로서의 DABNA-D21로 도핑된 디바이스(실시예 2) 및 억셉터로서의 DABNA-1로 도핑된 디바이스(비교예 2)에 대한 디바이스 성능이 표 2에 나와 있다. 디바이스 실시예 2에 대한 전압, EQE 및 LT90이 비교예 2에 대한 값에 대하여 보고되어 있다.
Figure pat00044
상기 데이터는 디바이스 실시예 1이 형광성 억셉터 상에 중수소화가 없는 디바이스, 비교예 1보다 더 긴 수명을 나타냄을 보여준다. 실시예 1의 40% 더 긴 수명은 실험 오류에 기인할 수 있는 어떤 값을 초과하고 관찰된 개선은 유의적이다. 디바이스가 형광성 억셉터의 중수소화라는 유일한 차이점을 제외하고 유사한 구조를 갖는다는 사실에 기초하여, 상기 데이터에서 관찰된 유의적인 성능 개선은 예상치 못한 것이었다. 단지 5%의 훨씬 낮은 향상이 관찰된 증감 인광체가 없는 형광 디바이스에서는 이러한 유의적인 개선이 관찰되지 않았다. 이것은 형광단의 중수소화로 인한 가장 큰 향상이 증감제와 함께 사용될 때만 발생한다는 것을 나타낸다. 어떠한 이론에도 구속되지 않고, 이러한 개선은 DABNA-1과 비교하여 삼중항 여기 상태에서 DABNA-D21의 향상된 안정성에 기인할 수 있다.

Claims (20)

  1. 애노드;
    캐소드; 및
    애노드와 캐소드 사이에 배치된 발광 영역
    을 포함하는 유기 발광 디바이스(OLED)로서, 상기 발광 영역은 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고,
    제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고;
    제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며;
    제2 화합물은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키며:
    (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음; 및
    (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음;
    제2 화합물은 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하는 유기 발광 디바이스(OLED).
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 중수소 원자는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 에테르, 에스테르, 설파닐, 포스피노, 보릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 기 상에 존재하는 OLED.
  3. 제1항에 있어서, 제1 화합물은 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하거나; 또는 부분 중수소화 또는 완전 중수소화되는 OLED.
  4. 제1항에 있어서, 제2 화합물은 부분 중수소화 또는 완전 중수소화되는 OLED.
  5. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 화합물은 발광 영역 내에 별개의 층에 존재하거나 또는 혼합물로서 존재하는 OLED.
  6. 제1항에 있어서, 전압이 OLED 전체에 인가될 때, OLED는 제2 화합물의 S1 에너지로부터의 발광 성분을 포함하는 발광성 방출(luminescent emission)을 방출하고, OLED로부터의 발광의 적어도 65% 내지 95%가 적어도 10 cd/㎡의 휘도로 제2 화합물로부터 생성되는 OLED.
  7. 제1항에 있어서, 제1 화합물의 T1 에너지는 제2 화합물의 T1 에너지보다 높거나, 또는 제2 화합물의 S1 에너지는 제1 화합물의 S1 에너지보다 낮은 OLED.
  8. 제1항에 있어서, 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있고, 제2 화합물의 S1-T1 에너지 갭은 300 meV, 250 meV, 200 meV, 150 meV 또는 100 meV 미만인 OLED.
  9. 제8항에 있어서, 발광 영역은 제3 화합물을 더 포함하며;
    제2 화합물은 제3 화합물에 추가로 에너지를 전달할 수 있고;
    제3 화합물은 실온에서 상기 OLED 내 이미터로서 기능하는 형광성 화합물이고, 제3 화합물은 부분 또는 완전 중수소화되는 OLED.
  10. 제1항에 있어서, 제1 화합물은 금속-탄소 결합 또는 금속-질소 결합을 갖는 금속 배위 착물이고, 금속은 Ir, Rh, Re, Ru, Os, Pt, Au 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 OLED.
  11. 제1항에 있어서, 제1 화합물은 M(L1)x(L2)y(L3)z의 화학식을 가지며;
    식 중, L1, L2 및 L3은 동일 또는 상이할 수 있으며;
    x는 1, 2 또는 3이고;
    y는 0, 1 또는 2이며;
    z는 0, 1 또는 2이며;
    x+y+z는 금속 M의 산화 상태이고;
    각각의 L1, L2 및 L3은 독립적으로
    Figure pat00045

    Figure pat00046

    로 이루어진 군에서 선택되며;
    L2 및 L3은 또한
    Figure pat00047
    일 수 있고;
    각각의 Y1 내지 Y13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어진 군에서 선택되며;
    Y'는 BRe, NRe, PRe, O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CReRf, SiReRf 및 GeReRf로 이루어진 군에서 선택되고;
    Re 및 Rf는 융합 또는 결합되어 고리를 형성할 수 있고;
    각각의 Ra, Rb, Rc 및 Rd는 독립적으로 일치환 내지 최대 가능한 수의 치환, 또는 비치환을 나타낼 수 있으며;
    각각의 Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 보릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이고;
    Ra, Rb, Rc 및 Rd 중 임의의 2개의 인접한 치환기는 융합 또는 결합되어 고리를 형성하거나 또는 다좌 리간드를 형성할 수 있고, Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf 중 적어도 하나는 부분 또는 완전 중수소화되는 OLED.
  12. 제11항에 있어서, 제1 화합물은 Ir(LA)3, Ir(LA)(LB)2, Ir(LA)2(LB), Ir(LA)2(LC), Ir(LA)(LB)(LC) 및 Pt(LA)(LB)로 이루어진 군에서 선택되는 화학식을 가지며;
    식 중, LA, LB 및 LC는 Ir 화합물에서 서로 상이하고;
    LA 및 LB는 Pt 화합물에서 동일 또는 상이할 수 있으며;
    LA 및 LB는 연결되어 Pt 화합물 내에 4좌 리간드를 형성할 수 있는 OLED.
  13. 제8항에 있어서, 제2 화합물은 금속 착물 또는 비금속 착물인 OLED.
  14. 제8항에 있어서, 제2 화합물은
    Figure pat00048

    Figure pat00049

    로 이루어진 군에서 선택되는 화학적 모이어티 중 적어도 하나를 포함하고;
    식 중, X는 O, S, Se 및 NR로 이루어진 군에서 선택되며;
    각각의 R은 동일 또는 상이할 수 있고, 각각의 R은 독립적으로 억셉터기, 억셉터기에 결합된 유기 링커, 또는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 말단기이며;
    각각의 R'는 동일 또는 상이할 수 있고, 각각의 R'는 독립적으로 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 OLED.
  15. 제8항에 있어서, 제2 화합물은 니트릴, 이소니트릴, 보란, 플루오르화물, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 아자-카르바졸, 아자-디벤조티오펜, 아자-디벤조푸란, 아자-디벤조셀레노펜, 아자-트리페닐렌, 이미다졸, 피라졸, 옥사졸, 티아졸, 이속사졸, 이소티아졸, 트리아졸, 티아디아졸 및 옥사디아졸로 이루어진 군에서 선택되는 화학적 모이어티 중 적어도 하나를 포함하는 OLED.
  16. 제1항에 있어서, 제2 화합물은
    Figure pat00050

    Figure pat00051
    및 이들의 아자 유사체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 유기기를 포함하고;
    식 중, A는 O, S, Se, NR' 및 CR'R"로 이루어진 군에서 선택되며;
    각각의 R'는 동일 또는 상이할 수 있고, 각각의 R'는 독립적으로 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 OLED.
  17. 제1항에 있어서, 제2 화합물은
    Figure pat00052

    Figure pat00053

    Figure pat00054

    로 이루어진 군에서 선택되고;
    식 중, R1 내지 R9는 각각 독립적으로 일치환 내지 최대 가능한 수의 치환, 또는 비치환을 나타내고;
    R1 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 포스피노, 보릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이고;
    R1 내지 R9 중 적어도 하나는 중수소인 OLED.
  18. 제1항에 있어서, 발광 영역은 제1 호스트 또는 제2 호스트 또는 제3 호스트 또는 제4 호스트를 더 포함하고; 제1 호스트는 발광 영역 내 모든 물질 중에서 최고의 S1 및 T1 에너지를 가지며, 제1 및 제2 화합물은 도펀트이고; 제2 호스트는 제1 및 제2 화합물보다 더 높은 S1 및 T1 에너지를 가지며; 제3 호스트는 제1 및 제2 화합물보다 더 높은 S1 및 T1 에너지를 가지며; 제4 호스트는 제1 및 제2 화합물보다 더 높은 S1 및 T1 에너지를 갖는 OLED.
  19. 제1항에 있어서, 제1 화합물은 발광 영역 내 제2 화합물과는 별개의 층에 존재할 수 있거나, 또는 제1 화합물은 제2 화합물과 혼합되어 층에 존재할 수 있고;
    제1 화합물을 포함하는 층 내 제1 화합물의 농도는 1 내지 50 중량% 범위인 OLED.
  20. 유기 발광 디바이스(OLED)를 포함하는 소비자 제품으로서, 상기 OLED는
    애노드;
    캐소드; 및
    애노드와 캐소드 사이에 배치된 발광 영역을 포함하고, 상기 발광 영역은 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하며,
    제1 화합물은 제2 화합물에 에너지를 전달할 수 있고;
    제1 화합물은 실온에서 OLED 내 인광성 이미터로서 기능할 수 있으며;
    제2 화합물은 하기 2가지 조건 중 적어도 하나를 충족시키고:
    (1) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 TADF 이미터로서 기능할 수 있음; 및
    (2) 제2 화합물은 실온에서 OLED 내 형광성 이미터로서 기능할 수 있음;
    제2 화합물은 적어도 하나의 중수소 원자를 포함하고, 소비자 제품은 평면 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 대각선이 2인치 미만인 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된(tiled) 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 광요법 디바이스 및 간판 중 하나인 소비자 제품.
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