KR20230132729A - 유기 전계발광 물질 및 디바이스 - Google Patents
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Abstract
향상된 효율 및 수명을 갖는, EML이 2.50 이상의 성능 지수(figure of merit)(FOM) 값을 갖는 OLED가 제공된다. FOM은 본원에 개시된 방법에 따라 측정될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 2022년 4월 1일에 출원된 미국 가출원 제63/326,548호; 2022년 3월 9일에 출원된 미국 가출원 제63/318,269호; 2022년 8월 24일에 출원된 미국 가출원 제63/400,416호; 2022년 4월 11일에 출원된 미국 가출원 제63/329,688호; 2022년 8월 4일에 출원된 미국 가출원 제63/395,173호; 2022년 4월 12일에 출원된 미국 가출원 제63/329,924호; 2022년 8월 29일에 출원된 미국 가출원 제63/401,800호; 2022년 5월 16일에 출원된 미국 가출원 제63/342,198호; 및 2022년 7월 7일에 출원된 미국 가출원 제63/367,818호에 대한 우선권을 주장하며, 모든 상기 가출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
분야
본 개시내용은 일반적으로 신규한 특징을 갖는 유기 발광 디바이스 및 소비자 제품을 포함하는 전자 디바이스에서의 이들의 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. 예를 들어, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조정될 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. 몇몇 OLED 물질 및 구성은 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호, 및 제5,707,745호에 기술되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 본원에 참조로 포함되어 있다.
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 EML 디바이스 또는 스택 구조일 수 있다. 색상은 당업계에 주지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
한 측면에서, 본 개시내용은 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함하는 OLED를 제공하며, 유기층은 2.50 이상의 성능 지수(figure of merit)(FOM) 값을 갖는 발광층(EML)을 포함한다.
다른 측면에서, 본 개시내용은 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함하는 OLED를 제공하며, 유기층은 발광 시스템을 포함하는 EML을 포함하고, EML은 2.50 이상의 FOM 값을 갖고; EML은 350 Å의 최소 두께를 갖고; 유기층은 제1 호스트를 추가로 포함하고; 제1 호스트는 붕소 함유 화합물이다. 또 다른 측면에서, 제1 호스트는 전자 수송 모이어티를 포함하는 전자 수송 호스트이고, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티를 포함하는 정공 수송 호스트이며; 제2 호스트의 정공 수송 모이어티는 본원에 정의된 기에서 선택되고; 제1 호스트의 전자 수송 모이어티는 본원에 정의된 기에서 선택된다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 본원에 정의된 OLED를 포함하는 소비자 제품을 제공한다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한 것이다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한 것이다.
도 3은 1931 CIE 좌표 색상 공간 다이어그램이다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한 것이다.
도 3은 1931 CIE 좌표 색상 공간 다이어그램이다.
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.
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 "헤테로시클릭기"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, 헤테로시클릭기는 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, 헤테로시클릭기, 아릴 및 헤테로아릴은 독립적으로 비치환되거나, 또는 독립적으로 하나 이상의 일반 치환기로 치환된다.
다수의 경우에서, 일반 치환기는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 셀레닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 경우에서, 바람직한 일반 치환기는 중수소, 불소, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 아릴, 헤테로아릴, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 경우에서, 더 바람직한 일반 치환기는 중수소, 불소, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 아릴, 헤테로아릴, 술파닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
다른 경우에서, 가장 바람직한 일반 치환기는 중수소, 불소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 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 영치환 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 참조로 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 참조로 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 또다른 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 헤테로시클릭 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.
층, 물질, 영역, 및 디바이스는 이들이 방출하는 광의 색상과 관련하여 본원에 기술될 수 있다. 일반적으로, 본원에 사용된 바와 같이, 광의 특정 색상을 생성하는 것으로 기술된 발광 영역은 스택에서 서로 위에 배치된 하나 이상의 발광층을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "적색" 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 약 580 내지 700 nm 범위의 광을 방출하거나 그 영역의 발광 스펙트럼에서 최고 피크를 갖는 것을 지칭한다. 마찬가지로, "녹색" 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 약 500 내지 600 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 방출하거나 갖는 것을 지칭하고; "청색" 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 약 400 내지 500 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 방출하거나 갖는 것을 지칭하고; "황색" 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 약 540 내지 600 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 것을 지칭한다. 일부 배열에서, 별개의 영역, 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 별개의 "진청색(deep blue)" 및 "연청색(light blue)" 광을 제공할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 별개의 "연청색" 및 "진청색"을 제공하는 배열에서, "진청색" 구성요소는 "연청색" 구성요소의 피크 발광 파장보다 적어도 약 4 nm 더 작은 피크 발광 파장을 갖는 것을 지칭한다. 통상적으로, "연청색" 구성요소는 약 465 내지 500 nm 범위의 피크 발광 파장을 갖고, "진청색" 구성요소는 약 400 내지 470 nm 범위의 피크 발광 파장을 갖지만, 일부 구성에서 이러한 범위는 다를 수 있다. 마찬가지로, 색 변경층은 광의 다른 색상을 해당 색상에 대해 지정된 파장을 갖는 광으로 전환시키거나 변경시키는 층을 지칭한다. 예를 들어, "적색" 컬러 필터는 약 580 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광을 생성하는 필터를 지칭한다. 일반적으로, 색 변경층의 두 가지 부류: 광의 원하지 않는 파장을 제거함으로써 스펙트럼을 변경시키는 컬러 필터, 및 고에너지의 광자를 저에너지로 전환시키는 색 변경층이 존재한다. "색상의" 구성요소는, 활성화되거나 사용될 때, 앞서 기술된 바와 같은 특정 색상을 갖는 광을 생성하거나 방출하는 구성요소를 지칭한다. 예를 들어, "제1 색상의 제1 발광 영역" 및 "제1 색상과 상이한 제2 색상의 제2 발광 영역"은, 디바이스 내에서 활성화될 때, 앞서 기술된 바와 같은 두 가지 상이한 색상을 방출하는 두 가지 발광 영역을 기술한다.
본원에 사용된 바와 같이, 발광 물질, 층, 및 영역은, 동일한 또는 상이한 구조에 의해 최종적으로 방출되는 광과는 대조적으로, 상기 물질, 층 또는 영역에 의해 초기에 생성된 광에 기반하여 서로 및 다른 구조와 구별될 수 있다. 통상적으로 초기 광 생성은 광자의 방출을 유도하는 에너지 준위 변화의 결과이다. 예를 들어, 유기 발광 물질은 초기에 청색 광을 생성할 수 있으며, 이는 컬러 필터, 양자점 또는 다른 구조에 의해 적색 또는 녹색 광으로 변환되어 완전 발광 스택 또는 서브픽셀이 적색 또는 녹색 광을 방출할 수 있다. 이러한 경우 초기 발광 물질 또는 층은 "청색" 구성요소로 지칭될 수 있지만, 서브픽셀은 "적색" 또는 "녹색" 구성요소이다.
A. 본 개시내용의 OLED 디바이스
본 개시내용에 따른 OLED가 개시되며, 이의 EML은 낮은 작동 전압을 유지하면서 향상된 안정성(즉 향상된 수명)을 갖는 OLED를 생성하는 정의된 임계값을 초과하는 성능 지수(FOM) 값을 갖는다. 또한 하나 이상의 이러한 OLED를 포함하는 전자 장치가 개시된다.
EML의 FOM 값을 이용하여 작동 전압이 낮지만 두꺼운 EML(즉, 350 Å 이상의 두께)을 갖는 OLED를 제작한다. EML 두께를 증가시킴으로써 OLED의 안정성(즉 수명)을 증가시킬 수 있다는 것이 통상적으로 알려져 있다. 그러나, EML 두께를 증가시키는 것은 OLED의 전력 소비에 부정적인 영향을 미치는데, EML 두께가 증가함에 따라 디바이스의 작동 전압이 증가하고 이는 결국 OLED의 전력 소비를 증가시키기 때문이다. 지금까지, EML 두께의 증분 증가당 얻어진 디바이스 안정성의 증분 개선당 관찰된 디바이스의 작동 전압의 증가는 너무 높아서 유익하지 않았다.
EML 두께의 증분 증가당 작동 전압의 볼트의 증가당 OLED 디바이스 안정성의 예상치 못한 상당한 양의 향상을 제공하는 EML의 신규한 물질 조합이 본원에 개시된다. 본 개시내용의 목적에 대하여, 주어진 EML을 구성하는 물질 조합, 즉, 이미터 물질 및 (존재한다면) 이의 관련된 호스트 물질(들)은 "발광 시스템"으로 일괄적으로 지칭된다. 신규한 발광 시스템을 이용하여, EML 두께의 증분 증가로 인한 작동 전압의 볼트의 증분 증가당 OLED 디바이스 수명에서 달성된 향상의 양은 통상적으로 관찰된 것보다 상당히 더 많으며, 따라서 OLED 설계자에게 전력 소비의 증가를 최소화하면서 향상된 디바이스 수명을 선택할 수 있는 매력적인 옵션을 제공할 수 있다. OLED의 안정성 개선은 이의 수명을 증가시키며, 이는 LT90으로 측정될 수 있다. LT90은 OLED의 수명을 나타내는 척도이며 주어진 전류 밀도에서 OLED의 발광이 초기값의 90%로 감소하는 데 필요한 시간의 길이를 지칭한다.
한 측면에서, 본 개시내용은 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함하는 본 발명의 OLED를 제공하며, 유기층은 EML을 포함하고; EML은 발광 시스템을 포함하고 EML은 2.50 이상의 FOM 값을 특징으로 한다.
FOM 값의 측정
본 개시내용에서, FOM 값은 OLED의 EML의 원하는 구성을 정의하는 측정기준(metric)으로 사용된다. 본 개시내용의 목적에 대하여, 주어진 EML을 구성하는 물질, 즉, 이미터 물질 및 존재한다면 이의 관련된 호스트 물질(들)은 "발광 시스템"으로 일괄적으로 지칭된다. 주어진 발광 시스템을 포함하는 주어진 EML의 FOM 값을 측정하기 위해, 두 가지 테스트 OLED를 (박막 폼 팩터(form factor)로) 제작하며, 이들의 EML은 동일한 발광 시스템을 갖지만 두 가지 상이한 두께를 갖는다. 바람직하게는, 두 가지 테스트 OLED의 두께 사이의 차이는 50 Å 내지 300 Å 범위의 어딘가에 있다. 두 가지 테스트 OLED 각각의 두께는 FOM을 측정하기 위해 본원에 기술된 테스트를 제작하고 수행하기에 실용적인 임의의 두께일 수 있다. 두 가지 테스트 OLED는 "제1 테스트 OLED" 및 "제2 테스트 OLED"로 지칭될 것이다.
FOM 값은 FOM = (t2/t1)/(V2-V1)로 정의된다. t1은 EML이 주어진 발광 시스템으로 형성되고 EML의 두께가 350 Å인 제1 테스트 OLED에 대하여 20 mA/cm2에서 측정된 LT90 디바이스 수명이다. t2는 EML이 동일한 주어진 발광 시스템으로 형성되지만 EML의 두께가 450 Å인 제2 테스트 OLED에 대하여 20 mA/cm2에서 측정된 LT90 디바이스 수명이다. V1은 10 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED의 디바이스 작동 전압 값이다. V2는 10 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제2 테스트 OLED의 디바이스 작동 전압 값이다.
주어진 OLED에 대한 디바이스 작동 전압(구동 전압으로도 알려짐) 값은 OLED가 전류로 활성화되고 광을 방출하는 동안 OLED의 애노드 및 캐소드에 걸쳐 측정된다.
따라서, FOM 값은 주어진 발광 시스템을 이용하여 두 가지 테스트 OLED를 제작함으로써 측정된 (특정 발광 시스템을 갖는) 주어진 EML의 특성을 나타낸다. t1 및 t2 측정은 두 가지 테스트 OLED에 대하여 EML의 두께만 상이한 완전히 동일한 조건 하에서 수행됨을 이해해야 한다. 마찬가지로, V1 및 V2 측정은 두 가지 테스트 OLED에 대하여 EML의 두께만 상이한 완전히 동일한 조건 하에서 수행된다. 다시 말해, 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED는 EML의 두께를 제외하고 동일한 구성을 갖는다. 또한 두 가지 테스트 OLED의 EML에서 모든 구성요소 및 이들의 비가 동일함을 이해해야 한다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 발광 시스템은 2.55 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.60 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.65 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.70 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.75 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.80 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.85 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.90 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 2.95 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 3.00 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 15.00 이상인 FOM 값을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, EML의 발광 시스템은 최대 20.00인 FOM 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 발광 시스템은 하나 이상의 정공 수송 호스트를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 발광 시스템은 하나 이상의 전자 수송 호스트를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 발광 시스템은 하나 이상의 정공 수송 호스트 및 하나 이상의 전자 수송 호스트를 포함한다. 본 발명의 OLED의 일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 발광 시스템은 제1 호스트 물질, 제2 호스트 물질 및 발광 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, 제1 호스트 물질은 전자 수송 모이어티 및 2.8 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트 물질은 전자 수송 모이어티 및 2.7 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트 물질은 전자 수송 모이어티 및 2.6 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트 물질은 전자 수송 모이어티 및 2.4 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 포함한다.
일부 실시양태에서, 제2 호스트 물질은 정공 수송 모이어티 및 5.8 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트 물질은 정공 수송 모이어티 및 5.7 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트 물질은 정공 수송 모이어티 및 5.6 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트 물질은 정공 수송 모이어티 및 5.5 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트 물질은 정공 수송 모이어티 및 5.4 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트 물질은 정공 수송 모이어티 및 5.3 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 포함한다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 모든 호스트 물질 중 가장 낮은 삼중항 에너지는 ≥ 2.75 eV이다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 모든 호스트 물질 중 가장 낮은 삼중항 에너지는 ≥ 2.50 eV이다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML의 모든 호스트 물질 중 가장 낮은 삼중항 에너지는 ≥ 2.10 eV이다.
HOMO 에너지는 순환 전압전류법에서 유래된 제1 산화 전위로부터 추정된다는 것을 이해해야 한다. LUMO 에너지는 순환 전압전류법에서 유래된 제1 환원 전위로부터 추정된다. 이미터 화합물의 삼중항 에너지(T1)는 77°K에서의 광발광으로부터의 피크 파장을 이용하여 특정된다. 용액 순환 전압전류법 및 차동 펄스 전압전류법은 무수 디메틸포름아미드 용매 및 지지 전해질로서 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트를 이용하는 CH Instruments 모델 6201B 정전위기를 이용하여 수행되었다. 유리질 탄소, 및 백금 및 은 와이어를 각각 작업 전극, 상대 전극 및 기준 전극으로 이용하였다. 전기화학 전위는 차동 펄스 전압전류법으로부터 피크 전위차를 측정함으로써 내부 페로센-페로코늄 산화환원 커플(Fc+/Fc)을 참조하였다. EHOMO = -[(Eox1 vs Fc+/Fc) + 4.8], 및 ELUMO = -[(Ered1 vs Fc+/Fc) + 4.8], 여기에서 Eox1은 제1 산화 전위이고 Ered1은 제1 환원 전위이다.
일부 실시양태에서, 제2 호스트 물질의 정공 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
상기 화학식에서:
각각의 Y1 및 Y2는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA 내지 RW는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', 및 RA 내지 RW는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', 또는 RA 내지 RW는 임의로 연결되거나 융합되어 고리를 형성한다.
일부 실시양태에서, 제1 호스트의 전자 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
상기 화학식에서:
각각의 X1 내지 X22는 독립적으로 C 또는 N이고;
X1 내지 X3 중 하나 이상은 N이고;
X4 내지 X11 중 하나 이상은 N이고;
각각의 YC, YD, 및 YE는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RR' 내지 RZ' 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', RR' 내지 RZ', 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', RR' 내지 RZ', 또는 RAA 내지 RAK는 임의로 연결되거나 융합되어 고리를 형성한다.
본 발명의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 발광 물질을 포함하며 이는 인광 또는 형광 이미터일 수 있다. 인광은 일반적으로 예컨대 T1에서 S0 상태로의 전자 스핀의 변화로 광자가 방출되는 것을 지칭하며, 즉, 발광의 초기 상태 및 최종 상태는 상이한 다중도(multiplicity)를 갖는다. 현재 OLED에서 널리 사용되는 Ir 및 Pt 착물은 인광 이미터에 속한다. 일부 실시양태에서, 엑시플렉스 형성이 삼중항 이미터를 수반하는 경우, 이러한 엑시플렉스는 인광 광을 방출할 수도 있다. 반면, 형광 이미터는 일반적으로 예컨대 S1 에서 S0 상태로의 전자 스핀의 변화가 없는 광자의 방출을 지칭한다. 형광 이미터는 지연 형광 또는 비지연 형광 이미터일 수 있다. 스핀 상태에 따라, 형광 이미터는 단일항 이미터 또는 이중항 이미터, 또는 다른 다중항 이미터일 수 있다. 형광 OLED의 내부 양자 효율(IQE)은 지연 형광을 통해 25% 스핀 통계 한계를 초과할 수 있다고 여겨진다. 두 가지 유형의 지연 형광, 즉 P형 및 E형 지연 형광이 존재한다. P형 지연 형광은 삼중항-삼중항 소멸(TTA)로부터 생성된다. 반면, E형 지연 형광은 두 삼중항의 충돌에 의존하지 않지만, 삼중항 상태와 단일항 여기 상태 사이의 열 집단(thermal population)에 의존한다. 열에너지는 삼중항 상태에서 다시 단일항 상태로의 전이를 활성화할 수 있다. 이러한 유형의 지연 형광은 열 활성화 지연 형광(TADF)으로도 알려져 있다. E형 지연 형광 특성은 엑시플렉스 시스템에서 또는 단일 화합물에서 발견될 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, TADF는 300, 250, 200, 150, 100, 또는 50 meV 이하의 작은 단일항-삼중항 에너지 갭(ΔES-T)을 갖는 화합물 또는 엑시플렉스를 필요로 하는 것으로 여겨진다. TADF 이미터의 두 가지 주요 유형이 존재하며, 하나는 도너-억셉터형 TADF로 불리고, 다른 하나는 다중 공명(MR) TADF로 불린다. 보통, 도너-억셉터 단일 화합물은 아미노- 또는 카르바졸-유도체와 같은 전자 도너 모이어티와 N 함유 6원 방향족 고리와 같은 전자 억셉터 모이어티를 연결함으로써 구성된다. 도너-억셉터 엑시플렉스는 정공 수송 화합물과 전자 수송 화합물 사이에서 형성될 수 있다. MR-TADF의 예는 고 접합(highly conjugated) 붕소 함유 화합물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 293K에서 지연 형광 방출의 T1에서 S1로의 역 시스템간 교차 시간(reverse intersystem crossing time)은 10 마이크로초 이하이다. 일부 실시양태에서, 이러한 시간은 10 마이크로초 초과 100 마이크로초 미만일 수 있다.
본 발명의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 실온에서 삼중항 여기 상태에서 단일항 기저 상태로 광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, EML은 금속-탄소 결합을 갖는 금속 배위 착물인 발광 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, EML은 금속-질소 결합을 갖는 금속 배위 착물인 발광 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 금속은 Ir, Rh, Re, Ru, Os, Pt, Au, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 금속은 Ir이다. 일부 실시양태에서, 금속은 Pt이다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML은 2.50 이상의 FOM 값을 갖고 EML은 M(L1)x(L2)y(L3)z의 화학식을 갖는 발광 물질을 포함할 수 있으며;
여기에서 L1, L2, 및 L3은 동일하거나 상이할 수 있고;
x는 1, 2, 또는 3이고;
y는 0, 1, 또는 2이고;
z는 0, 1, 또는 2이고;
x+y+z는 금속 M의 산화 상태이고;
L1은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되고:
L2 및 L3은 독립적으로 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되며:
상기 화학식에서:
T는 B, Al, Ga, 및 In으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
K1'는 직접 결합이거나 NRe, PRe, O, S, 및 Se로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 Y1 내지 Y13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Y'는 BRe, BReRf, NRe, PRe, P(O)Re, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NRe, C=CReRf, S=O, SO2, CReRf, SiReRf, 및 GeReRf로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Re 및 Rf는 융합되거나 연결되어 고리를 형성할 수 있고;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 독립적으로 일치환 내지 최대 가능한 수의 치환, 또는 무치환을 나타낼 수 있고;
각각의 Ra1, Rb1, Rc1, Rd1, Ra, Rb, Rc, Rd, Re, 및 Rf는 독립적으로 수소, 또는 본원에 정의된 일반 치환기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
임의의 2개의 Ra1, Rb1, Rc1, Rd1, Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 융합되거나 연결되어 고리를 형성하거나 다좌 리간드를 형성할 수 있다.
일부 실시양태에서, 2.50 이상의 FOM 값을 갖는 EML에 사용되는 발광 물질은 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 군으로부터 선택되는 화학식을 가질 수 있으며;
여기에서 LA, LB, 및 LC는 Ir 화합물에서 서로 상이하고;
LA 및 LB는 Pt 화합물에서 동일하거나 상이할 수 있고;
LA 및 LB는 Pt 화합물에서 연결되어 4좌 리간드를 형성할 수 있다.
일부 실시양태에서, 2.50 이상의 FOM 값을 갖는 EML에 사용되는 발광 물질은 하기 LIST 1의 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 가질 수 있다:
상기 화학식에서
각각의 X96 내지 X99는 독립적으로 C 또는 N이고;
각각의 Y100은 독립적으로 NR'', O, S, 및 Se로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 R10a, R20a, R30a, R40a, 및 R50a는 독립적으로 일치환, 최대 이하의 치환, 또는 무치환을 나타내고;
각각의 R, R', R'', R10a, R11a, R12a, R13a, R20a, R30a, R40a, R50a, R60, R70, R97, R98, 및 R99는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 셀레닐, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다.
일부 실시양태에서, 2.50 이상의 FOM 값을 갖는 EML에 사용되는 발광 물질은 하기 LIST 2의 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 가질 수 있다:
상기 화학식에서:
각각의 Y100은 독립적으로 NR'', O, S, 및 Se로 이루어진 군으로부터 선택되고;
L은 독립적으로 직접 결합, BR'', BR''R''', NR'', PR'', P(O)R'', O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR'', C=CR''R''', S=O, SO2, CR'', CR''R''', SiR''R''', GeR''R''', 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 존재에 대하여 X100은 O, S, Se, NR", 및 CR''R'''로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA'', RB'', RC'', RD'', RE'', 및 RF''는 독립적으로 일치환, 최대 이하의 치환, 또는 무치환을 나타내고;
각각의 R, R', R'', R''', RA1', RA2', RA'', RB'', RC'', RD'', RE'', RF'', RG'', RH'', RI'', RJ'', RK'', RL'', RM'', 및 RN''는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 셀레닐, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다.
일부 실시양태에서, 2.50 이상의 FOM 값을 갖는 EML에 사용되는 발광 물질은 하나 이상의 도너 기 및 하나 이상의 억셉터 기를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이러한 발광 물질은 금속 착물이다. 일부 실시양태에서, 이러한 발광 물질은 비금속 착물이다. 일부 실시양태에서, 이러한 발광 물질은 Cu, Ag, 또는 Au 착물이다.
일부 실시양태에서, 2.50 이상의 FOM 값을 갖는 EML은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학 모이어티 중 하나 이상을 포함하는 이미터 물질을 포함한다:
상기 화학식에서 YT, YU, YV, 및 YW는 각각 독립적으로 BR, NR, PR, O, S, Se, C=O, S=O, SO2, BRR', CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RT는 동일하거나 상이할 수 있고 각각의 RT는 독립적으로 도너, 억셉터 기, 도너에 결합된 유기 링커, 억셉터 기에 결합된 유기 링커, 또는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 아릴, 헤테로아릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 말단기이고;
R, 및 R'는 각각 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 보릴, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다.
상기 실시양태 중 일부에서, 임의의 상기 구조의 각각의 페닐 고리에서 최대 3개의 총 수까지의 임의의 탄소 고리 원자는 이의 치환기와 함께 N으로 치환될 수 있다.
일부 실시양태에서, FOM 값이 2.50 이상인 EML은 니트릴, 이소니트릴, 보란, 플루오라이드, 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 군으로부터 선택되는 화학 모이어티 중 하나 이상을 포함하는 이미터 화합물을 포함한다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED의 EML은 이미터 화합물을 포함하며, EML은 2.50 이상의 FOM 값을 갖고, 이미터 화합물은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유기 기를 포함한다:
상기 화학식에서 YF, YG, YH, 및 YI는 각각 독립적으로 BR, NR, PR, O, S, Se, C=O, S=O, SO2, BRR', CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
XF 및 YG는 각각 독립적으로 C 및 N으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
RF, RG, R, 및 R'는 각각 독립적으로 수소, 또는 본원에 정의된 일반 치환기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다.
상기 실시양태 중 일부에서, 임의의 상기 구조의 각각의 페닐 고리에서 최대 3개의 총 수까지의 임의의 탄소 고리 원자는 이의 치환기와 함께 N으로 치환될 수 있다.
일부 실시양태에서, FOM 값이 2.50 이상인 EML은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 이미터 화합물을 포함한다:
상기 화학식에서 YF1 내지 YF4는 각각 독립적으로 O, S, 및 NRF1로부터 선택되고;
RF1 및 R1S 내지 R9S는 각각 독립적으로 일치환 내지 최대 가능한 수의 치환, 또는 무치환을 나타내고;
RF1 및 R1S 내지 R9S는 각각 독립적으로 수소, 또는 본원에 정의된 일반 치환기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다.
OLED의 일부 실시양태에서, TADF 이미터는 하나 이상의 도너 기 및 하나 이상의 억셉터 기를 포함한다. 일부 실시양태에서, TADF 이미터는 금속 착물이다. 일부 실시양태에서, TADF 이미터는 비금속 착물이다. 일부 실시양태에서, TADF 이미터는 Cu, Ag, 또는 Au 착물이다.
OLED의 일부 실시양태에서, TADF 이미터는 M(L5)(L6)의 화학식을 가지며, 여기에서 M은 Cu, Ag, 또는 Au이고, L5 및 L6은 상이하고, L5 및 L6은 독립적으로 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되고:
상기 화학식에서 A1 내지 A9는 각각 독립적으로 C 또는 N으로부터 선택되고;
각각의 RP, RP, RU, RSA, RSB, RRA, RRB, RRC, RRD, RRE, 및 RRF는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다.
OLED의 일부 실시양태에서, TADF 이미터는 하기 TADF LIST의 구조로 이루어진 군으로부터 선택된다:
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED는 ≤ 470 nm의 피크 발광 파장을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 ≤ 465 nm의 피크 발광 파장을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 520 nm의 피크 발광 파장을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 620 nm의 피크 발광 파장을 갖는다.
일부 실시양태에서, EML은 2.50 이상의 FOM 값을 가지며 250 Å의 최소 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 300 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 350 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 400 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 450 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 500 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 550 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 600 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 650 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 700 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 750 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 800 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 850 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 900 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 950 Å의 최대 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, EML은 1,000 Å의 최대 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, OLED는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 차단층, 캡핑층, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 층을 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, OLED는 캐소드 또는 애노드 상에, EML에서 떨어진 측 상에 증착된 캡핑층을 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, OLED는 각각 FOM 값이 2.50 이상인 하나 이상의 추가 EML을 추가로 포함한다. 추가 EML은 제1 EML과 동일한 이미터 화합물을 가질 수 있거나 제1 EML과 상이한 이미터 화합물을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, OLED는 2.50 이상의 FOM 값을 갖지 않는 추가 EML을 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, OLED는 350 Å의 EML 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 4.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 450 Å의 EML 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 4.5 볼트의 최대 작동 전압을 갖거나; OLED는 550 Å의 EML 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 5.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다.
일부 실시양태에서, OLED는 복수의 EML를 포함하며 각각의 EML은 350 Å의 최소 두께를 갖고 각각의 EML은 10 mA/cm2에서 4.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 복수의 EML를 포함하며 각각의 EML은 450 Å의 최소 두께를 갖고 각각의 EML은 10 mA/cm2에서 4.5 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 복수의 EML를 포함하며 각각의 EML은 500 Å의 최소 두께를 갖고 각각의 EML은 10 mA/cm2에서 5.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다.
일부 실시양태에서, OLED는 350 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 20 mA/cm2에서 5시간의 최소 LT90 디바이스 수명을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 350 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 20 mA/cm2에서 10시간, 15시간, 20시간, 25시간, 30시간, 35시간, 40시간, 45시간, 50시간, 55시간, 또는 60시간의 최소 LT90 디바이스 수명을 갖는다. 일부 실시양태에서 OLED는 450 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 20 mA/cm2에서 5시간의 최소 LT90 수명을 갖는다. 일부 실시양태에서 OLED는 450 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 20 mA/cm2에서 10시간, 15시간, 20시간, 25시간, 30시간, 35시간, 40시간, 45시간, 50시간, 55시간, 또는 60시간의 최소 LT90 수명을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 500 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 20 mA/cm2에서 5시간의 최소 LT90 수명을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 500 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 20 mA/cm2에서 5시간, 10시간, 15시간, 20시간, 25시간, 30시간, 35시간, 40시간, 45시간, 50시간, 55시간, 또는 60시간의 최소 LT90 수명을 갖는다.
하나 초과의 EML을 갖는 OLED의 일부 실시양태에서, OLED 내의 각각의 EML은 단일 색상만을 방출하도록 구성(formulate)될 수 있다. "단일 색상"은 이하에 정의된 바와 같은 특정 범위 내에 있는 피크 파장 범위를 갖는 발광 스펙트럼을 지칭한다. 일부 실시양태에서, "단일 색상"은 이하에 정의된 바와 같은 1931 좌표 색상 공간의 특정 형태를 지칭할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "적색" 발광은 약 600 내지 700 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 지칭하고; "녹색" 발광은 약 500 내지 600 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 지칭하고; "청색" 발광은 약 400 내지 500 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 지칭한다.
일부 배열에서, 별개의 영역, 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 별개의 "진청색" 및 "연청색" 광을 제공할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 별개의 "연청색" 및 "진청색"을 제공하는 배열에서, "진청색" 구성요소는 "연청색" 구성요소의 피크 발광 파장보다 적어도 약 4 nm 더 작은 피크 발광 파장을 갖는 것을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이, "연청색" 발광은 약 465 내지 500 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 지칭하고, "진청색" 발광은 약 400 내지 470 nm 범위의 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 지칭한다.
색 변경층은 층을 통과하는 발광 스펙트럼을 원하는 색상 출력에 대해 지정된 스펙트럼으로 변경하여 층을 통과하는 광의 색상을 변경하는 층을 지칭한다. 예를 들어, "적색" 컬러 필터는 약 580 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 광을 생성하는 필터를 지칭한다. 일반적으로, 색 변경층의 두 가지 부류: 광의 원하지 않는 파장을 제거함으로써 스펙트럼을 변경시키는 컬러 필터, 및 고에너지의 광자를 저에너지로 전환시키는 색 변경층이 존재한다.
"색상의" OLED 구성요소는, 활성화되거나 사용될 때, 앞서 기술된 바와 같은 특정 색상을 갖는 광을 생성하거나 방출하는 OLED의 구성요소를 지칭한다. 예를 들어, "제1 색상의 제1 발광 영역" 및 "제1 색상과 상이한 제2 색상의 제2 발광 영역"은, 디바이스 내에서 활성화될 때, 두 가지 상이한 색상을 방출하는 두 가지 발광 영역을 기술한다. OLED의 요소는 층, 영역, 물질, 서브픽셀 등일 수 있다.
일부 경우에, 1931 CIE 좌표 색상 공간의 1931 CIE 좌표에 의해 정의된 색상 영역에 관하여 OLED 구성요소의 색상을 기술하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 황색 발광 물질은 복수의 피크 발광 파장을 가질 수 있으며, 하나는 "녹색" 영역의 엣지에 또는 그 근처에 있고, 하나는 "적색" 영역의 엣지 내에 또는 그 근처에 있다. 1931 CIE 좌표 색상 공간의 형태는 2개의 색상점과 임의의 추가 내부점 사이의 궤적을 따라 구성된다. 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 및 황색에 대한 내부 형태 파라미터는 표 1에 제공된 CIE 형태 파라미터에 의해 정의될 수 있다. 이러한 CIE 형태 파라미터는 도 3에 예시되어 있다.
표 1
따라서, 예를 들어, "적색" 발광 영역은 정점 [0.6270,0.3725];[0.7347,0.2653]:[0.5086,0.2657]에 의해 형성된 삼각형 내의 CIE 좌표를 갖는 광을 방출할 것이다. 점 [0.6270,0.3725] 와 [0.7347,0.2653] 사이의 선은 1931 CIE 색상 공간의 궤적을 따른다. 녹색 영역의 경우와 같이 보다 복잡한 색상 공간 영역이 유사하게 정의될 수 있다. 구성요소의 색상은 통상적으로 기판에 수직으로 측정된다.
본 개시내용의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 제1 호스트를 포함하며, 제1 호스트는 붕소 함유 화합물이다.
본 개시내용의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 제1 호스트를 포함하며, 제1 호스트는 규소 함유 화합물이다.
본 개시내용의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 제1 호스트를 포함하며, 제1 호스트는 붕소 함유 화합물이다. 일부 실시양태에서, EML은 제1 호스트를 포함하며, 제1 호스트는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 갖는다:
상기 화학식에서:
각각의 고리 A, 고리 B, 고리 C, 및 고리 D는 독립적으로 5원 또는 6원 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 고리이고;
각각의 X1, X2, X3, 및 X4는 독립적으로 C, CR 또는 N이고;
Y1은 단일 결합, O, S, Se, NR, CRR', SiRR', GeRR', BR, 및 BRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA, RB, RC, 및 RD는 독립적으로 이의 회합된 고리에 대한 무치환, 일치환, 또는 최대 허용되는 수까지의 치환을 나타내고;
각각의 R, R', RA, RB, RC, RD, R1, R2, R3, 및 R4는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 셀레닐, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
임의의 2개의 인접한 R, R', RA, RB, RC, RD, R1, R2, R3, 또는 R4는 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
본 개시내용의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 제1 호스트를 포함하며, 제1 호스트는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 갖는다:
상기 화학식에서 X5-X19는 각각 독립적으로 C 또는 N이고;
RE는 이의 회합된 고리에 대한 무치환, 일치환, 또는 최대 허용되는 수까지의 치환을 나타내고;
Y2, Y3, 및 Y4는 각각 독립적으로 단일 결합, O, S, Se, NR, CRR', SiRR', GeRR', BR, 및 BRR'로 이루어진 군으로부터 선택된다.
다른 측면에서, 본 개시내용은 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함하는 OLED를 제공하며,
유기층은 EML을 포함하고;
EML은 최소 두께가 350 Å이고;
EML은 제1 호스트를 포함하며;
제1 호스트는 붕소 함유 화합물이다.
일부 이러한 실시양태에서, EML은 2.50 이상의 FOM 값을 갖는 발광 시스템으로 형성된다.
본 개시내용의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650 및 700 Å으로 이루어진 군으로부터 선택되는 최소 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 제1 호스트는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 갖는다:
상기 화학식에서:
각각의 고리 A, 고리 B, 고리 C, 및 고리 D는 독립적으로 5원 또는 6원 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 고리이고;
각각의 X1, X2, X3, 및 X4는 독립적으로 C, CR 또는 N이고;
Y1은 단일 결합, O, S, Se, NR, CRR', SiRR', GeRR', BR, 및 BRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA, RB, RC, 및 RD는 독립적으로 이의 회합된 고리에 대한 무치환, 일치환, 또는 최대 허용되는 수까지의 치환을 나타내고;
각각의 R, R', RA, RB, RC, RD, R1, R2, R3, 및 R4는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 셀레닐, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
임의의 2개의 R, R', RA, RB, RC, RD, R1, R2, R3, 또는 R4는 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
일부 실시양태에서, 제1 호스트는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 갖는다:
상기 화학식에서 X5-X19는 각각 독립적으로 C 또는 N이고;
RE는 이의 회합된 고리에 대한 무치환, 일치환, 또는 최대 허용되는 수까지의 치환을 나타내고;
Y2, Y3, 및 Y4는 각각 독립적으로 단일 결합, O, S, Se, NR, CRR', SiRR', GeRR', BR, 및 BRR'로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED는 350 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 4.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 450 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 4.5 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 550 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 5.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED는 350 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 3.0, 3.5, 4.0, 및 4.5, 및 5.0 볼트로 이루어진 군으로부터 선택되는 값의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED는 450 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 3.5, 4.0, 4.5, 및 5.0, 및 5.5 볼트로 이루어진 군으로부터 선택되는 값의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED는 550 Å의 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5., 및 6.0 볼트로 이루어진 군으로부터 선택되는 값의 최대 작동 전압을 갖는다.
본 발명의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 청색 광을 방출한다. 일부 실시양태에서, EML은 본 개시내용 전체에 걸친 EML 관련 실시양태에 적용 가능한 본원에 기술된 임의의 물질/구조를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 또한 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함하는 OLED를 제공하며,
유기층은 FOM 값이 2.50 이상인 발광 시스템을 갖는 EML을 포함하며 EML의 최소 두께는 350 Å이고;
EML은 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함하고;
제1 호스트는 전자 수송 모이어티를 포함하는 전자 수송 호스트이고, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티를 포함하는 정공 수송 호스트이고;
제2 호스트의 정공 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되고:
상기 화학식에서:
각각의 Y1 및 Y2는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA 내지 RW는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', 및 RA 내지 RW는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', 또는 RA 내지 RW는 연결되거나 융합되어 고리를 형성할 수 있으며;
제1 호스트의 전자 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되고:
상기 화학식에서:
각각의 X1 내지 X22는 독립적으로 C 또는 N이고;
X1 내지 X3 중 하나 이상은 N이고;
X4 내지 X11 중 하나 이상은 N이고;
각각의 YC, YD, 및 YE는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RR' 내지 RZ' 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', RR' 내지 RZ', 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', RR' 내지 RZ', 또는 RAA 내지 RAK는 연결되거나 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
일부 이러한 실시양태에서, EML은 FOM 값이 2.50 이상인 발광 시스템으로 형성된다.
일부 실시양태에서, 제1 호스트는 전자 수송 모이어티 및 2.8 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 전자 수송 모이어티 및 2.7 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 전자 수송 모이어티 및 2.6 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 전자 수송 모이어티 및 2.4 eV 미만의 |LUMO 에너지|를 갖는다.
일부 실시양태에서, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티 및 5.8 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티 및 5.7 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티 및 5.6 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티 및 5.5 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티 및 5.4 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티 및 5.3 eV 초과의 |HOMO 에너지|를 갖는다.
본 발명의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 400, 450, 500, 550, 600, 650 또는 700 Å의 최소 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 차단층, 캡핑층, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 층을 추가로 포함한다.
본 발명의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 인광 이미터, 형광 이미터, TADF 이미터, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 발광 물질을 포함한다.
본 발명의 OLED의 일부 실시양태에서, EML은 실온에서 삼중항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로 광을 방출할 수 있는 발광 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, EML은 금속-탄소 결합을 갖는 금속 배위 착물인 발광 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, EML은 금속-질소 결합을 갖는 금속 배위 착물인 발광 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, 금속은 Ir, Rh, Re, Ru, Os, Pt, Au, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 금속은 Ir이다. 일부 실시양태에서, 금속은 Pt이다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 OLED는 350 Å의 EML 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 4.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 450 Å의 EML 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 4.5 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 550 Å의 EML 최소 두께를 가지며 OLED는 10 mA/cm2에서 5.0 볼트의 최대 작동 전압을 갖는다.
일부 실시양태에서, 발광 물질은 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 군으로부터 선택되는 화학식을 가지며;
여기에서 LA, LB, 및 LC는 Ir 화합물에서 서로 상이하고;
LA 및 LB는 Pt 화합물에서 동일하거나 상이할 수 있고;
LA 및 LB는 Pt 화합물에서 연결되어 4좌 리간드를 형성할 수 있다.
일부 실시양태에서, EML은 하나 이상의 도너 기 및 하나 이상의 억셉터 기를 포함하는 발광 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, 발광 물질은 금속 착물이다.
일부 실시양태에서, 발광 물질은 비금속 착물이다.
일부 실시양태에서, 발광 물질은 Cu, Ag, 또는 Au 착물이다.
또한 애노드; 캐소드; 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함하는 OLED가 제공되며, 유기층은 EML을 포함하고; EML은 350 Å의 최소 두께를 갖고; EML은 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함하며; 제1 호스트는 전자 수송 모이어티를 포함하는 전자 수송 호스트이고, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티를 포함하는 정공 수송 호스트이고 제1 호스트 또는 제2 호스트 중 임의의 것의 전하 이동도는 1E-13 cm2V-1s-1보다 높다.
OLED의 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 붕소를 포함한다. OLED의 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 1E-12 cm2V-1s-1보다 높은 전자 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 1E-11 cm2V-1s-1보다 높은 전자 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 1E-10 cm2V-1s-1보다 높은 전자 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트는 1E-9 cm2V-1s-1보다 높은 전자 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 1E-12 cm2V-1s-1보다 높은 정공 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 1E-11 cm2V-1s-1보다 높은 정공 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 호스트는 1E-10 cm2V-1s-1보다 높은 정공 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트와 제2 호스트 둘 다 1E-12 cm2V-1s-1보다 높은 전하 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트와 제2 호스트 둘 다 1E-11 cm2V-1s-1보다 높은 전하 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트와 제2 호스트 둘 다 1E-10 cm2V-1s-1보다 높은 전하 이동도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 호스트와 제2 호스트 둘 다 1E-9 cm2V-1s-1보다 높은 전하 이동도를 갖는다.
본 개시내용의 일부 실시양태에서, 제1 호스트 및 제2 호스트는 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 쌍(pair)으로부터 선택된다:
일부 실시양태에서, 정공 수송 호스트의 정공 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진다:
상기 화학식에서:
각각의 Y1 및 Y2는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA 내지 RW는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', 및 RA 내지 RW는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', 또는 RA 내지 RW는 임의로 연결되거나 융합되어 고리를 형성한다.
일부 실시양태에서, 제1 호스트는 30% 이상 중수소화, 40% 이상 중수소화, 50% 이상 중수소화, 60% 이상 중수소화, 70% 이상 중수소화, 80% 이상 중수소화, 90% 이상 중수소화, 95% 이상 중수소화, 99% 이상 중수소화, 또는 100% 중수소화된다.
일부 실시양태에서, 제2 호스트는 30% 이상 중수소화, 40% 이상 중수소화, 50% 이상 중수소화, 60% 이상 중수소화, 70% 이상 중수소화, 80% 이상 중수소화, 90% 이상 중수소화, 95% 이상 중수소화, 99% 이상 중수소화, 또는 100% 중수소화된다.
본 개시내용의 디바이스는 큰 EML 두께에서 높은 안정성 및 낮은 작동 전압을 갖는다. 이는 EML의 하나 이상의 구성요소의 전도도를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 정공 이동도가 큰 정공 수송 호스트를 특징으로 할 수 있다. 따라서, 높은 정공 이동도의 정공 수송 호스트를 이용하여, 전체 발광층이 두꺼운 경우에도 디바이스의 전압을 낮게 유지할 수 있다. 높은 정공 이동도의 호스트가 높은 전자 이동도의 전자 수송 호스트와 페어링되지 않은 경우, 디바이스는 여전히 낮은 작동 전압을 가질 수 있는데, 전하 캐리어 중 적어도 하나에 대한 전도도가 높기 때문이다. 그러나, 디바이스 안정성은 크지 않을 수 있는데, 전하 전도도의 불균형은 증착 시스템의 청결도가 중요해지는 계면 근처 또는 EML의 한 공간 위치에서 고밀도의 엑시톤을 갖는 엑시톤 재결합 프로파일로 이어질 수 있기 때문이다. 따라서, EML 및 이웃하는 층의 구성은 높은 안정성 및 낮은 작동 전압을 모두 달성하는 중요한 부분일 수 있다. 이하의 단락에서, 우수한 안정성 및 낮은 전압을 달성하기 위해 적용될 수 있는 설계법 중 일부가 기술된다.
발광층의 정공 및 전자의 전도도의 크기가 유사하지 않은 OLED 디바이스에서, 엑시톤 재결합 프로파일 및/또는 안정성은 EML의 상대적 구성을 변화시킴으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, EML에서 전자 전도도가 정공 전도도보다 훨씬 더 큰 경우, EML의 전자 수송 호스트의 부피 분율을 낮춤으로써, 수명이 향상될 수 있다. 이러한 경우에서, EML의 전자 수송 호스트의 총 농도 뿐만 아니라 전자 수송 호스트와 정공 수송 호스트 사이의 비에 관해 생각하는 것이 중요하다. 예를 들어, 전자 수송 호스트는 5 내지 25 부피%일 수 있다. 이미터 도핑이 10 부피%인 경우, 이는 17 대 2.6의 h-호스트 대 e-호스트 비로 전환될 수 있다. 중요하게는, 농도를 더 낮춤으로써 전하의 침투 경로가 방해받게 되는 전자 수송 호스트의 농도가 존재할 것이다. 이 지점에서, 호스트의 비도 도핑 퍼센트도 극적으로 변하지는 않지만, 디바이스 안정성은 호스트의 부피 퍼센트 기준으로 몇 퍼센트의 변화만으로도 크게 변경될 수 있다. 어림 계산(back of the envelop calculation)은 다양한 가정에 따라 침투점을 0.5 내지 5% 사이 어딘가에 둔다.
각각의 호스트 상의 전자 및 정공의 전도도의 크기가 유사한 경우, 안정성은 호스트 부피 퍼센트에 의해 조정될 수 있다. 그러나, 전하를 운반하는 호스트 사이의 비는 3 내지 0.33 범위에서 1에 근접할 것으로 예상된다.
일부 EML 구성에서, 이미터 또는 이미터들은 EML의 하나 이상의 전하 캐리어에 대한 1차 전하 전도 경로이다. 이러한 경우에서, 이미터 상의 전하와 동등한 전하를 운반하는 호스트의 부피 퍼센트는 디바이스의 안정성에 중요한 역할을 하지 않는다. 대신에, 안정성은 전하를 운반하는 이미터 또는 이미터들 및 반대 전하를 전도하는 다른 호스트 또는 호스트들의 부피 퍼센트에 의해 좌우될 것이다.
발광층의 정공 및 전자의 전도도의 크기가 유사하지 않은 OLED 디바이스에서, 엑시톤 재결합 프로파일 및/또는 안정성은 정공 및/또는 전자 차단 물질의 전하 이동도 또는 관련 에너지 준위를 변화시킴으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, EML에서 전자 전도도가 정공 전도도보다 훨씬 더 큰 경우, 정공 수송 호스트 또는 이미터보다 높은 정공 전도도를 갖는 전자 차단 물질을 선택함으로써, 디바이스 수명이 향상될 수 있으며 동시에 디바이스 전압을 낮출 수 있다. 유사한 방식으로, EML에서 정공 전도도가 전자 전도도보다 훨씬 더 큰 경우, 전자 수송 호스트 또는 이미터보다 높은 전자 전도도를 갖는 정공 차단 물질을 선택함으로써, 디바이스 수명이 향상될 수 있으며 동시에 디바이스 전압을 낮출 수 있다.
일부 디바이스에서, 발광층의 정공 및 전자의 전도도의 크기가 유사하지 않은 경우, 엑시톤 재결합 프로파일 및/또는 안정성은 EML의 호스트 및/또는 이미터와 비교하여 차단층 물질의 관련 에너지 준위를 조정함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, EML에서 전자 전도도가 정공 전도도보다 훨씬 더 큰 경우, 최고 점유 분자 궤도 에너지 준위가 이미터 또는 정공 수송 호스트의 최고 점유 분자 궤도 에너지 준위에 대해 비교적 정렬된 전자 차단층 물질을 선택함으로써, EML에서 차단층과 정공 수송 호스트 또는 이미터 사이의 정공 주입 배리어가 감소될 수 있고, 디바이스 수명이 향상될 수 있으며 동시에 디바이스의 작동 전압을 낮출 수 있다.
EML 자체를 통해 전하 전도도를 변경시키는 것 외에도, 디바이스 전압은 주입 배리어를 EML 내로 조정함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 발명자들은 HTL 또는 EBL에서 EML 내로 정공 주입 배리어를 분리함으로써 디바이스를 통한 정공 전도를 증가시킬 수 있다. 전자 차단층 물질의 최고 점유 분자 궤도 에너지 준위와 도펀트 및/또는 정공 수송 호스트의 최고 점유 분자 궤도 에너지 준위 사이의 차이가 절대값으로 0 eV 내지 0.5 eV 범위인 경우 주입 배리어를 최소화할 수 있다.
일부 실시양태에서, HTL은 EML의 정공 수송 물질의 HOMO 에너지보다 얕은(shallow) HOMO 에너지를 갖는다. 이러한 실시양태에서, EML의 정공 수송 물질 및 HTL에 대해 중간인 HOMO 준위를 갖는 EBL 물질을 사용하여 정공 주입 배리어를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, HTL은 -5.2 eV의 HOMO 준위를 가질 수 있으며 EML에서 도펀트는 HOMO가 -5.4 eV인 정공 수송 물질일 수 있다. 이러한 경우에, -5.3 eV의 EBL은 EML 내로의 임의의 주입 배리어를 제한할 수 있다. 또한, EBL 물질이 중간 HOMO 준위로 얻어지는 경우, EML에서 EBL의 HOMO 준위가 정공 수송 물질의 HOMO 준위에 근접할수록 주입 배리어가 낮아진다. 상기 예에서, HOMO가 -5.4 eV인 EBL은 HOMO가 -5.5 eV인 EBL보다 더 우수하다.
일부 실시양태에서, HTL은 EML의 정공 수송 물질의 HOMO 에너지보다 깊은(deep) HOMO 에너지를 갖는다. 이러한 실시양태에서, EBL의 HOMO 준위는 EML의 정공 수송 물질의 HOMO 준위와 HTL HOMO 준위 사이 중간이어야 한다. 예를 들어, HTL이 -5.8 eV의 HOMO 준위를 갖고 이미터가 -5.3 eV의 HOMO 준위를 갖는 EML의 정공 수송 물질인 경우, -5.4 eV의 HOMO 준위를 갖는 EBL 물질은 어떠한 정공 주입 배리어도 갖지 않아야 한다.
일부 디바이스에서, EML에서 정공 전도도가 전자 전도도보다 훨씬 더 큰 경우, 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위가 이미터 및/또는 전자 수송 호스트의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위에 대하여 비교적 정렬된 정공 차단층 물질을 선택함으로써, EML에서 정공 차단층과 정공 수송 호스트 및/또는 이미터 사이의 전자 주입 배리어가 감소될 수 있고, 디바이스 수명이 향상될 수 있으며 동시에 디바이스의 작동 전압을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 정공 차단층 물질의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위와 도펀트 및/또는 전자 수송층의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위 사이의 차이는 절대값으로 0 eV 내지 0.5 eV 범위일 수 있으며, 따라서 예를 들어, 전자 수송 호스트 및/또는 도펀트의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위가 -2.8 eV인 경우, 정공 차단층 물질의 최저 비점유 분자 궤도 에너지 준위는 -2.8 eV 내지 -2.3 eV 범위일 수 있다.
EML에서 정공 및 전자의 전도도의 크기가 유사하지 않은 OLED 디바이스에서, 엑시톤 재결합 프로파일 및/또는 안정성은 EML에 제3 호스트 또는 제4 호스트를 추가함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, EML에서 전자 전도도가 정공 전도도보다 훨씬 더 큰 경우, EML에서 높은 정공 전도도를 갖는 제3 정공 수송 호스트, 또는 EML에서 낮은 전자 전도도를 갖는 제4 전자 수송 호스트를 추가하여, 디바이스 수명이 향상될 수 있다. 다른 예에서, EML에서 정공 전도도가 전자 전도도보다 훨씬 더 큰 경우, EML에서 낮은 정공 전도도를 갖는 제3 정공 수송 호스트를 추가함으로써 또는 EML에서 높은 전자 전도도를 갖는 제4 전자 수송 호스트를 추가함으로써, 디바이스 수명이 향상될 수 있다. 이러한 경우, EML에서의 제3 호스트 또는 제4 호스트의 총 농도 및 각각 정공 수송 호스트 또는 전자 수송 호스트와 비교하여 EML의 제3 호스트 또는 제4 호스트의 상대적 비 둘 다에 관해 생각하는 것이 중요하다. 예를 들어, 제3 호스트는 0.5 내지 35 부피%일 수 있고, 이미터 도핑이 10 부피%이고 전자 수송 호스트가 40 부피%인 경우, 이는 99 대 0.43의 제3 호스트 대 정공 수송 호스트 비로 전환될 수 있다. 다른 예에서, 제4 호스트는 0.5 내지 35 부피%일 수 있고, 이미터가 10 부피%이고 정공 수송 호스트가 40 부피%인 경우, 이는 9 대 0.43의 제4 호스트 대 전자 수송 호스트 비로 전환될 수 있다.
일부 실시양태에서, FOM은 일정한 휘도에서 계산된 디바이스 수명 및 구동 전압을 이용하여 계산된다. 이러한 실시양태 중 일부에서, 휘도는 1,000 cd/m2이다. 일정한 휘도에서, 디바이스의 디바이스 색상 및 효율은 1,000 cd/m2에서의 수명 및 작동 전압을 부분적으로 설정한다. 따라서, FOM은 디바이스의 색상 뿐만 아니라 효율의 일부 측면을 반영한다. 높은 외부 양자 효율(EQE)은 낮은 구동 전압을 유도하여 동일한 스펙트럼 형태에 대해 1,000 cd/m2를 달성한다. 다른 실시양태에서, FOM은 특정 전류 밀도, 20 mA/cm2에서의 디바이스 수명, 및 특정 전류 밀도, 10 mA/cm2에서의 구동 전압을 이용하여 계산된다.
일부 실시양태에서, EML에서의 전자 수송 호스트(Ehost) 도핑 퍼센트는 주어진 EML의 FOM을 측정하는 데 있어서 두 가지 테스트 OLED에 사용되는 두 가지 두께 중 하나에서의 디바이스의 최적의 성능을 반영하도록 선택된다.
일부 실시양태에서 본 발명자들은 EML에서의 정공 수송 호스트(Hhost) 대 EHost 비의 극적인 변화는 FOM에 영향을 미치지 않는 것을 입증하며 이는 측정기준으로서의 FOM의 견고성(robustness)을 나타낸다. 일부 실시양태에서 EML의 HHost:EHost 비는 1.5:1.0에서 0.8:1.0으로 변경된다.
EML 분야에 대하여 본원에 기술된 모든 물질/화합물/구조는 본 개시내용 전체에 걸쳐 기술된 모든 OLED 디바이스 실시양태에서 적용 가능한 경우 EML에 관한 모든 실시양태/특징/속성/측면/특성에 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 개시된 정공 수송 호스트 또는 물질, 전자 수송 호스트 또는 물질, 및 적용 가능한 경우 다른 물질에 대하여 동일하게 성립함을 이해해야 한다.
일부 실시양태에서, 애노드, 캐소드, 또는 유기 발광층 위에 배치된 새로운 층 중 적어도 하나는 강화층으로서 기능한다. 강화층은, 이미터 물질에 비방사적으로 결합하고 여기된 상태 에너지를 이미터 물질로부터 비방사 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 전달하는 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 플라즈몬 물질을 포함한다. 강화층은 유기 발광층으로부터 임계 거리 이내에 제공되며, 여기서 이미터 물질은 강화층의 존재로 인해 총 비방사성 붕괴 속도 상수와 총 방사성 붕괴 속도 상수를 가지며 임계 거리는 총 비방사성 붕괴 속도 상수가 총 방사성 붕괴 속도 상수와 동일한 곳이다. 일부 실시양태에서, OLED는 아웃커플링층을 더 포함한다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 유기 발광층의 반대측의 강화층 위에 배치된다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 강화층으로부터 발광층의 반대측에 배치되지만 여전히 강화층의 표면 플라즈몬 모드로부터 에너지를 아웃커플링한다. 아웃커플링층은 표면 플라즈몬 폴라리톤으로부터의 에너지를 산란시킨다. 일부 실시양태에서 이 에너지는 광자로서 자유 공간에 산란된다. 다른 실시양태에서, 에너지는 표면 플라즈몬 모드로부터 유기 도파로 모드, 기판 모드, 또는 다른 도파 모드와 같은 (이에 한정되지 않음) 디바이스의 다른 모드로 산란된다. 에너지가 OLED의 비자유 공간 모드로 산란되는 경우, 다른 아웃커플링 스킴을 통합하여 해당 에너지를 자유 공간으로 추출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 강화층과 아웃커플링층 사이에 하나 이상의 개재층이 배치될 수 있다. 개재층(들)의 예는 유기, 무기, 페로브스카이 트, 산화물을 포함한 유전체 재료일 수 있고, 이들 재료의 스택 및/또는 혼합물을 포함할 수 있다.
강화층은 이미터 물질이 존재하는 매체의 유효 특성을 변경하여, 하기 중 어느 것 또는 모두를 초래한다: 발광 속도 저하, 발광 라인 형상의 변경, 각도에 따른 발광 강도 변화, 이미터 물질의 안정성 변화, OLED의 효율 변화, 및 OLED 디바이스의 감소된 효율 롤-오프. 캐소드측, 애노드측, 또는 양측 모두에 강화층을 배치하면 앞서 언급한 효과 중 어느 것을 이용하는 OLED 디바이스가 생성된다. 본원에서 언급되고 도면에 도시된 각종 OLED 예에서 설명된 특정 기능성 층 외에도, 본 개시내용에 따른 OLED는 OLED에서 흔히 마련되는 임의의 다른 기능성 층을 포함할 수 있다.
강화층은 플라즈몬 물질, 광학 활성 메타물질, 또는 하이퍼볼릭 메타물질로 구성될 수 있다. 본원에서 사용시, 플라즈몬 물질은 전자기 스펙트럼의 가시 광선 또는 자외선 영역에서 유전 상수의 실수부가 0과 교차하는 물질이다. 일부 실시양태에서, 플라즈몬 물질은 적어도 하나의 금속을 포함한다. 이러한 실시양태에서 금속은 Ag, Al, Au, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ru, Pd, In, Bi, Ca, 이들 재료의 합금 또는 혼합물, 및 이들 재료의 스택 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일반적으로, 메타물질은, 상이한 물질로 구성된 매체로서, 매체 전체가 그 물질 부분의 합과는 상이하게 작용하는 매체이다. 특히, 본 발명자들은 광학 활성 메타물질을 음의 유전율과 음의 투과율을 모두 가진 물질로서 정의한다. 한편, 하이퍼볼릭 메타물질은 유전율 또는 투과율이 다른 공간 방향에 대해 다른 부호를 갖는 이방성 매체이다. 광학 활성 메타물질 및 하이퍼볼릭 메타물질은 매체가 빛의 파장 길이 규모에서 전파 방향으로 균일하게 나타나야 한다는 점에서 분산 브래그 반사경(Distributed Bragg Reflector, "DBR")과 같은 다른 많은 포토닉 구조와 엄격하게 구분된다. 당업자가 이해할 수 있는 용어를 사용하여: 전파 방향에서 메타물질의 유전 상수는 유효 매체 근사치로 설명될 수 있다. 플라즈몬 물질과 메타물질은 다양한 방식으로 OLED 성능을 향상시킬 수 있는 빛의 전파를 제어하는 방법을 제공한다.
일부 실시양태에서, 강화층은 평면층으로서 제공된다. 다른 실시양태에서, 강화층은, 주기적으로, 준-주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 파장 사이즈의 피처, 또는 주기적으로, 준-주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 서브파장 사이즈의 피처를 갖는다. 일부 실시양태에서, 파장 사이즈의 피처 및 서브파장 사이즈의 피처는 샤프한 엣지를 갖는다.
일부 실시양태에서, 아웃커플링층은, 주기적으로, 준-주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 파장 사이즈의 피처, 또는 주기적으로, 준-주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 서브파장 사이즈의 피처를 갖는다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 복수의 나노입자로 구성될 수 있으며 다른 실시양태에서 아웃커플링층은 재료 위에 배치된 복수의 나노입자로 구성된다. 이들 실시양태에서 아웃커플링은 복수의 나노입자의 사이즈를 변화시키는 것, 복수의 나노입자의 형상을 변화시키는 것, 복수의 나노입자의 재료를 변화시키는 것, 상기 재료의 두께를 조정하는 것, 복수의 나노입자 상에 배치된 상기 재료 또는 추가 층의 굴절률을 변화시키는 것, 강화층의 두께를 변화시키는 것, 및/또는 강화층의 재료를 변화시키는 것 중 적어도 하나에 의해 조정가능하다. 디바이스의 복수의 나노입자는 금속, 유전체 재료, 반도체 재료, 금속의 합금, 유전체 재료의 혼합물, 하나 이상의 재료의 스택 또는 층, 및/또는 1종의 재료의 코어로서, 상이한 종류의 재료의 쉘로 코팅된 코어 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은, 금속이 Ag, Al, Au, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ru, Pd, In, Bi, Ca, 이들 재료의 합금 또는 혼합물, 및 이들 재료의 스택으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 나노입자로 구성된다. 복수의 나노입자는 그 위에 배치되는 추가 층을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 발광의 편광은 아웃커플링층을 사용하여 조정될 수 있다. 아웃커플링층의 차원 및 주기성을 변화시킴으로써 공기에 우선적으로 아웃커플링되는 편광의 타입을 선택할 수 있다. 일부 실시양태에서 아웃커플링층은 또한 디바이스의 전극으로서 작용한다.
형광 OLED의 내부 양자 효율(IQE)은 지연 형광을 통해 25% 스핀 통계 한계를 초과할 수 있다고 여겨진다. 본원에 사용된 바와 같이, 두 가지 유형의 지연 형광, 즉 P형 지연 형광 및 E형 지연 형광이 존재한다. P형 지연 형광은 삼중항-삼중항 소멸(TTA)로부터 생성된다.
반면, E형 지연 형광은 두 삼중항의 충돌에 의존하지 않지만, 삼중항 상태와 단일항 여기 상태 사이의 열 집단(thermal population)에 의존한다. E형 지연 형광을 생성할 수 있는 화합물은 매우 작은 단일항-삼중항 갭을 가져야 한다. 열에너지는 삼중항 상태에서 단일항 상태로의 전이를 활성화시킬 수 있다. 이러한 유형의 지연 형광은 열 활성화 지연 형광(TADF)으로도 알려져 있다. TADF의 뚜렷한 특징은 온도가 상승하면 열에너지의 증가로 인해 지연 성분이 증가한다는 것이다. 역 시스템간 교차 속도가 삼중항 상태에서 비방사 붕괴를 최소화할 만큼 충분히 빠른 경우, 다시 채워진(back populated) 단일항 여기 상태의 분율은 잠재적으로 75%에 도달할 수 있다. 총 단일항 분율은 100%일 수 있으며, 이는 전기적으로 생성된 엑시톤에 대한 스핀 통계 한계를 훨씬 초과하는 것이다.
E형 지연 형광 특성은 엑시플렉스 시스템 또는 단일 화합물에서 찾을 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, E형 지연 형광은 발광 물질이 작은 단일항-삼중항 에너지 갭(ΔES-T)을 가지는 것을 필요로 한다고 여겨진다. 유기, 비금속 함유 도너-억셉터 발광 물질은 이를 달성할 수 있다. 이러한 물질에서의 발광은 보통 도너-억셉터 전하 이동(CT) 유형 발광으로 특징지어진다. 이러한 도너-억셉터 유형 화합물에서 HOMO 및 LUMO의 공간적 분리는 보통 작은 ΔES-T를 유도한다. 이러한 상태는 CT 상태를 포함할 수 있다. 많은 경우에, 도너-억셉터 발광 물질은 아미노 또는 카르바졸 유도체와 같은 전자 도너 모이어티와 N 함유 6원 방향족 고리와 같은 전자 억셉터 모이어티를 연결함으로써 구성된다.
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 분자 상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 생성된다. 엑시톤이 광방출 메커니즘을 통해 이완될 경우 광이 방출된다. 일부 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메커니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 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 미국 특허 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. 이러한 다양한 층 뿐만 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 인용에 의해 포함되는 미국 특허 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 미국 특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 한 예는 미국 특허출원 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 미국 특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 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 미국 특허 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 미국 특허 제6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 배리어층(170)은 단층 또는 다층 배리어일 수 있으며 디바이스의 다른 층을 덮거나 둘러쌀 수 있다. 배리어층(170)은 기판(110)을 둘러쌀 수도 있고/있거나 기판과 디바이스의 다른 층 사이에 배열될 수 있다. 배리어는 캡슐화제, 캡슐화층, 보호층, 또는 침투 배리어로 지칭될 수도 있으며, 통상적으로 디바이스의 다른 층을 통한 수분, 주위 공기, 및 다른 유사한 물질에 의한 침투에 대한 보호를 제공한다. 배리어층 물질 및 구조의 예는 미국 특허 제6,537,688호, 제6,597,111호, 제6,664,137호, 제6,835,950호, 제6,888,305호, 제6,888,307호, 제6,897,474호, 제7,187,119호, 및 제7,683,534호에 제공되어 있으며, 각각의 상기 특허는 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 구조가 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 주입층으로 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 미국 특허 제5,247,190호(Friend 등)에 개시된 중합체 물질로 구성된 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 미국 특허 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 미국 특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 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.
본원에 개시된 일부 실시양태에서, 도 1-2에 도시된 발광층(135) 및 발광층(220)과 같은 발광층 또는 물질은 각각 양자점을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 "발광층" 또는 "발광 물질"은, 당업자의 이해에 따라 달리 명시적으로 또는 문맥으로 나타내지 않는 한, 유기 발광 물질 및/또는 양자점 또는 등가 구조를 포함하는 발광 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로, 발광층은 호스트 매트릭스 내에 발광 물질을 포함한다. 이러한 발광층은 별개의 발광 물질 또는 다른 이미터에 의해 방출된 광을 전환시키는 양자점 물질만을 포함할 수 있거나, 별개의 발광 물질 또는 다른 이미터를 포함할 수도 있으며, 전류의 인가로부터 자체로 직접 광을 방출할 수 있다. 마찬가지로, 색 변경층, 컬러 필터, 상향 변환, 또는 하향 변환층 또는 구조는 양자점을 포함하는 물질을 포함할 수 있지만, 이러한 층은 본원에 개시된 "발광층"으로 간주되지 않을 수 있다. 일반적으로, "발광층" 또는 물질은 주입된 전기적 전하에 기초한 초기 광을 방출하는 것이며, 초기 광은 자체로는 디바이스 내에서 초기 광을 방출하지 않는 컬러 필터 또는 다른 색 변경층과 같은 다른 층에 의해 변경될 수 있지만, 발광층에 의해 방출된 초기 광의 흡수 및 저에너지 발광으로의 하향 변환에 기초한 상이한 스펙트럼 함량의 변경된 광을 재방출할 수 있다. 본원에 개시된 일부 실시양태에서, 색 변경층, 컬러 필터, 상향 변환, 및/또는 하향 변환층은 OLED 디바이스의 외부에, 예컨대 OLED 디바이스의 전극 위에 또는 아래에 배치될 수 있다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 미국 특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및 잉크-제트 및 OVJD와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들도 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬기 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, 또는 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 조성물 뿐만 아니라 단일 상을 갖는 조성물을 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 미국 특허 제7,968,146호, PCT 특허 출원 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 중합체 물질과 비중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌은 본원에 그 전문이 참고로 포함된다. "혼합물"로 간주되기 위해, 배리어층을 포함하는 전술한 중합체 및 비중합체 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동시에 증착되어야 한다. 중합체 대 비중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위일 수 있다. 중합체 및 비중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 물질과 비중합체 물질의 혼합물은 실질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
실시양태에 따르면, 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED) 또한 제공된다. OLED는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함할 수 있다. 실시양태에 따르면, 유기 발광 디바이스는 소비자 제품, 전자 부품 모듈, 및/또는 조명 패널로부터 선택되는 하나 이상의 디바이스 내에 포함된다.
본 개시내용의 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 개시내용의 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 개시내용의 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, 및 간판이 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메커니즘을 사용하여 본 개시내용에 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 참조로 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 군으로부터 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.
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.
유기층은 또한 호스트를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 2개 이상의 호스트가 바람직하다. 일부 실시양태에서, 사용되는 호스트는 a) 바이폴라 물질, b) 전자 수송 물질, c) 정공 수송 물질 또는 d) 전하 수송에서의 역할이 거의 없는 와이드 밴드 갭 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 호스트는 금속 착물을 포함할 수 있다. 호스트는 무기 화합물일 수 있다.
다른 물질과의 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. 이하에 기재되거나 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.
본원에 개시된 다양한 발광층 및 비발광층 및 배열을 위해 다양한 물질이 사용될 수 있다. 적합한 물질의 예는 미국 특허 출원 공개공보 제2017/0229663호에 개시되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고로 포함된다.
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 달성될 수도 있다. 정공 수송층은 p형 전도성 도펀트로 도핑될 수 있고 n형 전도성 도펀트는 전자 수송층에 사용된다.
HIL/HTL:
본 발명에서 사용하고자 하는 정공 주입/수송 물질은 특정하게 제한되지 않으며, 화합물이 통상적으로 정공 주입/수송 물질로 사용되는 한 임의의 화합물을 사용할 수 있다.
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 수준에 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 수준에 보다 가까움) 및/또는 보다 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 한 양태에서, EBL에 사용되는 화합물은 이하에 기재된 호스트들 중 하나와 동일한 사용 분자 또는 작용기를 함유한다.
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 물질은 임의의 도펀트와 함께 사용될 수 있다.
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 수준으로부터 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 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다.
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, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 이들이 통상적으로 전자를 수송하는 데 사용되는 한 사용될 수 있다.
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 구성된다. 전자와 정공은 CGL 및 전극으로부터 공급된다. CGL에서 소모된 전자와 정공은 각각 캐소드와 애노드로부터 주입된 전자와 정공에 의해 다시 채워지며; 그 후, 바이폴라 전류는 점차적으로 정상 상태에 도달한다. 통상의 CGL 물질은 수송층에서 사용되는 n 및 p 전도성 도펀트를 포함한다.
실험 데이터:
FOM을 결정하기 위해, 시트 저항이 15-Ω/sq인 인듐 주석 옥사이드(ITO)층으로 사전 코팅된 유리 기판 상에 OLED 디바이스를 성장시켰다. 임의의 유기층 증착 또는 코팅 전, 기판을 용매로 디그리싱하고 이어서 100 mTorr에서 50 W로 1.5분 동안 산소 플라즈마로 처리하고 5분 동안 UV 오존으로 처리하였다.
표 1-3의 디바이스를 열 증발법으로 고진공(< 10-6 Torr)에서 제작하였다. 애노드 전극은 750 Å의 인듐 주석 옥사이드(ITO)였다. 디바이스 실시예는 순서대로 ITO 표면, 100 Å의 화합물 1(HIL), 특정 두께의 화합물 2(HTL), 50 Å의 HHost(EBL), 특정 퍼센트의 EHost 및 12%의 화합물 3으로 도핑된 특정 두께의 HHost(EML), 50 Å의 EHost(BL), 35%의 화합물 5로 도핑된 특정 두께의 화합물 4(ETL), 10 Å의 화합물 4(EIL)에 이어 1,000 Å의 Al(캐소드)로 이루어진 유기층을 가졌다. 모든 디바이스를 제작 직후에 패키지 내에 통합된 수분 게터(getter)를 갖는 질소 글로브 박스(< 1 ppm의 H2O 및 O2)에서 에폭시 수지로 밀봉된 유리 덮개로 캡슐화하였다. 도핑 퍼센트는 부피 퍼센트 기준이다.
EML의 HHost의 두께가 300 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 250 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 300 Å이다. EML의 HHost의 두께가 350 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 200 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 300 Å이다. EML의 HHost의 두께가 400 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 100 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 275 Å이다. EML의 HHost의 두께가 450 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 100 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 275 Å이다. EML의 HHost의 두께가 500 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 100 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 275 Å이다.
다양한 HHost와 EHost 혼합물을 갖는 디바이스에 대하여 계산된 FOM의 요약을 포함하는 표 1을 이하에 제공한다. 제1 테스트 OLED의 EML의 두께는 350 Å이고, 제2 테스트 OLED의 EML의 두께는 450 Å이다. ΔLT/ΔV를 나누어 FOM을 계산하며, 여기에서 ΔLT = t2/t1이고, t1 및 t2는 각각 20 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 LT90 디바이스 수명이고, ΔV = V2-V1이며, 여기에서 V1 및 V2는 각각 10 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 작동(구동으로도 알려짐) 전압이다.
표 1
표 1에 나타낸 바와 같이, 33개의 본 발명의 디바이스는 비교 디바이스의 FOM 이상의 FOM을 나타낸다. 예를 들어, 본 발명자들은 HH2 및 EH1을 포함하는 본 발명의 디바이스 1이 2.57의 FOM을 갖는다는 것을 발견하였으며, 이는 2.50인 HH1 및 EH1을 포함하는 비교 디바이스의 FOM보다 높다.
다양한 HHost와 EHost 혼합물을 갖는 디바이스에 대하여 계산된 FOM 값의 요약을 포함하는 표 2를 이하에 제공한다. 제1 테스트 OLED의 EML의 두께는 300 Å이고, 제2 테스트 OLED의 EML의 두께는 400 Å이다. ΔLT/ΔV를 나누어 FOM을 계산하며, 여기에서 ΔLT = t2/t1이고, t1 및 t2는 각각 20 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 LT90 디바이스 수명이고, ΔV = V2-V1이며, 여기에서 V1 및 V2는 각각 10 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 작동 전압이다.
표 2
표 2에 나타낸 바와 같이, FOM을 계산하기 위해 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED에 대하여 상이한 EML 두께를 이용하는 것은 표 1의 많은 디바이스가 비교 디바이스보다 높은 FOM을 갖는다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 본 발명자들은 HH2 및 EH1을 포함하는 본 발명의 디바이스 1이 2.91의 FOM을 갖는다는 것을 발견하였으며, 이는 2.39인 HH1 및 EH1을 포함하는 비교 디바이스의 FOM보다 높다.
다양한 HHost와 EHost 혼합물을 갖는 디바이스에 대하여 계산된 FOM의 요약을 포함하는 표 3을 이하에 제공한다. 제1 테스트 OLED의 EML의 두께는 350 Å이고, 제2 테스트 OLED의 EML의 두께는 450 Å이다. ΔLT/ΔV를 나누어 FOM을 계산하며, 여기에서 ΔLT = t2/t1이고, t1 및 t2는 각각 1,000 cd/m2의 휘도에서 계산된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 LT90 디바이스 수명이고, ΔV = V2-V1이며, 여기에서 V1 및 V2는 각각 1,000 cd/m2의 휘도에서 계산된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 작동 전압이다.
표 3
표 3에 나타낸 바와 같이, 일정한 휘도 값에 기초하여 FOM을 계산하는 것은 표 1의 여러 디바이스가 비교 디바이스보다 높은 FOM을 갖는다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 본 발명자들은 HH2 및 EH1을 포함하는 본 발명의 디바이스 1이 3.40의 FOM을 갖는다는 것을 발견하였으며, 이는 2.58인 HH1 및 EH1을 포함하는 비교 디바이스의 FOM보다 높다.
표 4의 디바이스를 열 증발법으로 고진공(< 10-6 Torr)에서 제작하였다. 애노드 전극은 750 Å의 인듐 주석 옥사이드(ITO)였다. 디바이스 실시예는 순서대로 ITO 표면, 100 Å의 화합물 1(HIL), 250 Å의 화합물 2(HTL), 50 Å의 HHost(EBL), 특정 퍼센트의 EHost 및 12%의 화합물 3으로 도핑된 특정 두께의 HHost(EML), 50 Å의 EHost(BL), 35%의 화합물 5로 도핑된 300 Å의 화합물 4(ETL), 10 Å의 화합물 4(EIL)에 이어 1,000 Å의 Al(캐소드)로 이루어진 유기층을 가졌다. 모든 디바이스를 제작 직후에 패키지 내에 통합된 수분 게터를 갖는 질소 글로브 박스(< 1 ppm의 H2O 및 O2)에서 에폭시 수지로 밀봉된 유리 덮개로 캡슐화하였다. 도핑 퍼센트는 부피 퍼센트 기준이다.
다양한 HHost와 EHost 혼합물을 갖는 디바이스에 대하여 계산된 FOM의 요약을 포함하는 표 4를 이하에 제공한다. 제1 테스트 OLED의 EML의 두께는 350 Å이고, 제2 테스트 OLED의 EML의 두께는 450 Å이다. ΔLT/ΔV를 나누어 FOM을 계산하며, 여기에서 ΔLT = t2/t1이고, t1 및 t2는 각각 20 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 LT90 디바이스 수명이고, ΔV = V2-V1이며, 여기에서 V1 및 V2는 각각 10 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 작동 전압이다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 일정한 수송층 두께를 갖는 디바이스를 기반으로 FOM을 계산하는 것은 결론을 변화시키지 않는다. 예를 들어, 본 발명자들은 HH2 및 EH1을 포함하는 본 발명의 디바이스 1이 2.10의 FOM을 가지며, 이는 HH1 및 EH1을 포함하는 비교 디바이스의 FOM과 동일하다.
표 5의 디바이스를 열 증발법으로 고진공(< 10-6 Torr)에서 제작하였다. 애노드 전극은 750 Å의 인듐 주석 옥사이드(ITO)였다. 디바이스 실시예는 순서대로 ITO 표면, 100 Å의 화합물 1(HIL), 특정 두께의 화합물 2(HTL), 50 Å의 HH1(EBL), 특정 퍼센트의 EH1 및 12%의 화합물 3으로 도핑된 특정 두께의 HH1(EML), 50 Å의 EH1(BL), 35%의 화합물 5로 도핑된 특정 두께의 화합물 4(ETL), 10 Å의 화합물 4(EIL)에 이어 1,000 Å의 Al(캐소드)로 이루어진 유기층을 가졌다. 모든 디바이스를 제작 직후에 패키지 내에 통합된 수분 게터를 갖는 질소 글로브 박스(< 1 ppm의 H2O 및 O2)에서 에폭시 수지로 밀봉된 유리 덮개로 캡슐화하였다. 도핑 퍼센트는 부피 퍼센트 기준이다.
EML의 HH1의 두께가 300 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 250 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 300 Å이다. EML의 HH1의 두께가 350 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 200 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 300 Å이다. EML의 HH1의 두께가 400 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 100 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 275 Å이다. EML의 HH1의 두께가 450 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 100 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 275 Å이다. EML의 HH1의 두께가 500 Å인 경우, HTL의 화합물 2의 두께는 100 Å이고, ETL의 화합물 4의 두께는 275 Å이다.
HH1 및 다양한 도핑 퍼센트의 EH1을 갖는 디바이스에 대하여 계산된 FOM의 요약을 포함하는 표 5를 이하에 제공한다. 제1 테스트 OLED의 EML의 두께는 350 Å이고, 제2 테스트 OLED의 EML의 두께는 450 Å이다. ΔLT/ΔV를 나누어 FOM을 계산하며, 여기에서 ΔLT = t2/t1이고, t1 및 t2는 각각 20 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 LT90 디바이스 수명이고, ΔV = V2-V1이며, 여기에서 V1 및 V2는 각각 10 mA/cm2의 전류 밀도에서 측정된 제1 테스트 OLED 및 제2 테스트 OLED의 작동 전압이다.
표 5에 나타낸 바와 같이, EML의 HH1:EH1 비를 1.5:1.0에서 0.8:1.0으로 크게 변화시킨 것은 FOM을 대략 10% 변화시킬 뿐이며 이는 측정기준으로서의 FOM의 견고성을 나타낸다.
상기 실험에서 테스트 OLED에 이용된 화합물은 다음과 같다:
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.
Claims (15)
- 애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층
을 포함하는 유기 발광 디바이스(OLED)로서,
유기층은 발광층(EML)을 포함하고; EML은 발광 시스템으로 형성되며 EML은 2.50 이상의 FOM 값을 갖는 것인 유기 발광 디바이스(OLED). - 제1항에 있어서, EML은 하나 이상의 정공 수송 호스트, 및/또는 하나 이상의 전자 수송 호스트를 포함하는 것인 OLED.
- 제1항에 있어서, EML은 제1 호스트 물질, 제2 호스트 물질 및 발광 물질을 포함하는 것인 OLED.
- 제1항에 있어서, 제2 호스트 물질의 정공 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 OLED:
상기 화학식에서:
각각의 Y1 및 Y2는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA 내지 RW는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', 및 RA 내지 RW는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', 또는 RA 내지 RW는 임의로 연결되거나 융합되어 고리를 형성한다. - 제1항에 있어서, 제1 호스트 물질의 전자 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 OLED:
상기 화학식에서:
각각의 X1 내지 X22는 독립적으로 C 또는 N이고;
X1 내지 X3 중 하나 이상은 N이고;
X4 내지 X11 중 하나 이상은 N이고;
각각의 YC, YD, 및 YE는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RR' 내지 RZ' 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', RR' 내지 RZ', 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', RR' 내지 RZ', 또는 RAA 내지 RAK는 임의로 연결되거나 융합되어 고리를 형성한다. - 제1항에 있어서, 이미터 물질은 인광 이미터, 형광 이미터, TADF 이미터, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 OLED.
- 제1항에 있어서, 이미터 물질은 실온에서 삼중항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로 광을 방출할 수 있는 것인 OLED.
- 제1항에 있어서, 이미터 물질은 금속-탄소 결합 및/또는 금속-질소 결합을 갖는 금속 배위 착물이며; 금속은 Ir, Rh, Re, Ru, Os, Pt, Au, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 OLED.
- 제1항에 있어서, 이미터 물질은 M(L1)x(L2)y(L3)z의 화학식을 가지며;
상기 화학식에서 L1, L2, 및 L3은 동일하거나 상이할 수 있고;
x는 1, 2, 또는 3이고;
y는 0, 1, 또는 2이고;
z는 0, 1, 또는 2이고;
M은 금속이며 x+y+z는 금속 M의 산화 상태이고;
L1은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되고:
L2 및 L3은 독립적으로 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 OLED:
,
상기 화학식에서 T는 B, Al, Ga, 및 In으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
K1'는 직접 결합이거나 NRe, PRe, O, S, 및 Se로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 Y1 내지 Y13은 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Y'는 BRe, BReRf, NRe, PRe, P(O)Re, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NRe, C=CReRf, S=O, SO2, CReRf, SiReRf, 및 GeReRf로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Re 및 Rf는 융합되거나 연결되어 고리를 형성할 수 있고;
각각의 Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 독립적으로 일치환 내지 최대 가능한 수의 치환, 또는 무치환을 나타낼 수 있고;
각각의 Ra1, Rb1, Rc1, Rd1, Ra, Rb, Rc, Rd, Re, 및 Rf는 독립적으로 수소, 또는 본원에 정의된 일반 치환기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
임의의 2개의 Ra1, Rb1, Rc1, Rd1, Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 융합되거나 연결되어 고리를 형성하거나 다좌 리간드를 형성할 수 있다. - 제1항에 있어서, 이미터 물질은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 갖는 것인 OLED:
상기 화학식에서
각각의 X96 내지 X99는 독립적으로 C 또는 N이고;
각각의 Y100은 독립적으로 NR'', O, S, 및 Se로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 R10a, R20a, R30a, R40a, 및 R50a는 독립적으로 일치환, 최대 이하의 치환, 또는 무치환을 나타내고;
각각의 R, R', R'', R10a, R11a, R12a, R13a, R20a, R30a, R40a, R50a, R60, R70, R97, R98, 및 R99는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 셀레닐, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다. - 제1항에 있어서, 이미터 물질은 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식을 갖는 것인 OLED:
상기 화학식에서:
각각의 Y100은 독립적으로 NR'', O, S, 및 Se로 이루어진 군으로부터 선택되고;
L은 독립적으로 직접 결합, BR'', BR''R''', NR'', PR'', P(O)R'', O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR'', C=CR''R''', S=O, SO2, CR'', CR''R''', SiR''R''', GeR''R''', 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 존재에 대하여 X100은 O, S, Se, NR", 및 CR''R'''로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA'', RB'', RC'', RD'', RE'', 및 RF''는 독립적으로 일치환, 최대 이하의 치환, 또는 무치환을 나타내고;
각각의 R, R', R'', R''', RA1', RA2', RA'', RB'', RC'', RD'', RE'', RF'', RG'', RH'', RI'', RJ'', RK'', RL'', RM'', 및 RN''는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 게르밀, 보릴, 셀레닐, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이다. - 애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층
을 포함하는 유기 발광 디바이스로서,
유기층은 발광층(EML)을 포함하고;
EML은 350 Å의 최소 두께를 갖고;
EML은 제1 호스트를 포함하며;
제1 호스트는 붕소 함유 화합물인 유기 발광 디바이스. - 애노드;
캐소드; 및
애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층
을 포함하는 유기 발광 디바이스(OLED)로서,
유기층은 발광층(EML)을 포함하고;
EML은 350 Å의 최소 두께를 갖고;
EML은 제1 호스트 및 제2 호스트를 포함하고;
제1 호스트는 전자 수송 모이어티를 포함하는 전자 수송 호스트이며, 제2 호스트는 정공 수송 모이어티를 포함하는 정공 수송 호스트인 유기 발광 디바이스(OLED). - 제13항에 있어서, 제1 호스트 또는 제2 호스트 중 임의의 것의 전하 이동도는 1E-13 cm2V-1s-1보다 높거나; 또는
제2 호스트의 정공 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되고:
상기 화학식에서:
각각의 Y1 및 Y2는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RA 내지 RW는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', 및 RA 내지 RW는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', 또는 RA 내지 RW는 임의로 연결되거나 융합되어 고리를 형성하며;
제1 호스트의 전자 수송 모이어티는 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 OLED:
상기 화학식에서:
각각의 X1 내지 X22는 독립적으로 C 또는 N이고;
X1 내지 X3 중 하나 이상은 N이고;
X4 내지 X11 중 하나 이상은 N이고;
각각의 YC, YD, 및 YE는 독립적으로 BR, BRR', NR, PR, P(O)R, O, S, Se, C=O, C=S, C=Se, C=NR, C=CRR', S=O, SO2, CRR', SiRR', 및 GeRR'로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 RR' 내지 RZ' 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 일치환 내지 최대 허용가능한 치환, 또는 무치환이고;
각각의 R, R', RR' 내지 RZ', 및 RAA 내지 RAK는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 보릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 게르밀, 셀레닐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고;
2개의 인접한 R, R', RR' 내지 RZ', 또는 RAA 내지 RAK는 임의로 연결되거나 융합되어 고리를 형성한다. - 제1항에 따른 유기 발광 디바이스를 포함하는 소비자 제품.
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