KR20210070453A - 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합다환 화합물 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합다환 화합물 Download PDF

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KR20210070453A
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Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 발광층을 포함하고, 발광층은 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물을 포함하여 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합다환 화합물{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND CONDENSED POLYCYCLIC COMPOUND FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 축합다환 화합물에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치는 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에서 재결합시킴으로써 여기자를 생성하고, 생성된 여기자를 바닥 상태로 떨어뜨려 광을 발생시켜 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
유기 전계 발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 유기 전계 발광 소자의 저 구동 전압화, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 유기 전계 발광 소자용 재료 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
특히, 최근에는 장수명의 유기 전계 발광 소자를 구현하기 위해 삼중항 상태의 에너지를 이용하는 인광 발광이나, 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상(Triplet-triplet annihilation, TTA)를 이용한 지연 형광 발광에 대한 기술이 개발되고 있으며, 지연 형광 현상을 이용한 열 활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료에 대한 개발이 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 우수한 발광 효율을 나타내는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자용 재료인 축합다환 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 발광층; 을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, W1 내지 W6은 각각 독립적으로, CR1 또는 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되는 탄소 원자이고, R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고, W1 내지 W6 중 인접한 어느 두 개는 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되는 탄소 원자이고, 상기 화학식 1에 상기 화학식 2로 표시되는 치환기가 2개 또는 3개 연결되고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, X1은 O, S, 또는 NAr1이고, Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고, a 및 b는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고, c는 0 이상 4 이하의 정수이다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-5로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00003
[화학식 1-2]
Figure pat00004
[화학식 1-3]
Figure pat00005
[화학식 1-4]
Figure pat00006
[화학식 1-5]
Figure pat00007
상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-5에서, X2는 O, S, 또는 NAr2이고, Ar2는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, R5 내지 R7는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, e 및 f는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고, g는 0 이상 4 이하의 정수이고, X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 d는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-5에서, X1 및 X2는 서로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1에 치환된 2개 또는 3개의 화학식 2로 표시되는 치환기들은 서로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00008
상기 화학식 3에서, X2는 O, S, 또는 NAr2이고, X3는 O, S, 또는 NAr3이고, Ar2 및 Ar3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고, R5 내지 R10는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고, e 및 f는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고, g는 0 이상 4 이하의 정수이고, h 및 i는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고, j는 0 이상 4 이하의 정수이고, X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 c는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
일 실시예에서, X1, X2, 및 X3는 모두 동일할 수 있다.
일 실시예에서, R-1은 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 메틸기일 수 있다.
일 실시예에서, R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 디페닐아민기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광층은 지연 형광을 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광층은 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고, 상기 제1 화합물은 상기 축합다환 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광층은 청색 파장 영역의 광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
[화합물군 1]
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 우수한 발광효율을 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축합다환 화합물은 유기 전계 발광 소자에 적용되어 우수한 발광효율을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자 및 이에 포함된 일 실시예의 축합다환 화합물에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)은 서로 마주하고 배치되며, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에는 발광층(EML)이 배치될 수 있다.
또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 발광층(EML) 이외에 복수의 유기층들을 더 포함한다. 복수의 유기층들은 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 또한 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 유기층들에 후술하는 일 실시예의 축합다환 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML) 또는 전자 수송 영역(ETR)에 후술하는 일 실시예의 축합다환 화합물을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML) 및 전자 수송 영역(ETR) 이외에 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 유기층들인 정공 수송 영역(HTR)에 후술하는 일 실시예에 따른 축합다환 화합물을 포함하거나, 또는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)에 후술하는 일 실시예에 따른 축합다환 화합물을 포함할 수 있다.
한편, 도 2는 도 1과 비교하여, 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 3은 도 1과 비교하여 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다. 도 4는 도 2와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 단면도를 나타낸 것이다.
제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode)일 수 있다. 또한, 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극(EL1)의 두께는 약 1000Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 3000Å일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 정공 버퍼층 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 물질과 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 주입층(HIL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층(EBL)의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 예를 들어, 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, DNTPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-[tris(3-methylphenyl)phenylamino] triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS(Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium [Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HAT-CN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송층(HTL)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorene)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 등을 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 50Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 주입층(HIL)의 두께는, 예를 들어, 약 30Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 예를 들어, 전자 저지층(EBL)의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL) 및 전자 저지층(EBL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7',8,8'-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 정공 버퍼층(미도시) 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층(미도시)은 발광층(EML)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 전자 저지층(EBL)은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다.
발광층(EML)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공된다. 발광층(EML)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å 또는, 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 갖는 것일 수 있다. 발광층(EML)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아민기, 실릴기, 옥시기, 티오기, 설피닐기, 설포닐기, 카보닐기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 포스핀 설파이드기, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 탄화수소 고리기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 바이페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 탄화수소 고리는 지방족 탄화수소 고리 및 방향족 탄화수소 고리를 포함한다. 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리를 포함한다. 탄화수소 고리 및 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 있다.
본 명세서에서, "인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성"한다는 인접하는 두 개이 고리들이 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리를 형성하는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서, "인접하는 기"는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기 또는 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 인접한 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 1,2-디메틸벤젠(1,2-dimethylbenzene)에서 2개의 메틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있고, 1,1-디에틸시클로펜테인(1,1-diethylcyclopentane)에서 2개의 에틸기는 서로 "인접하는 기"로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 할로겐 원자의 예로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 있다.
본 명세서에서, 알킬기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 알킬기의 탄소수는 1 이상 50 이하, 1 이상 30 이하, 1 이상 20 이하, 1 이상 10 이하 또는 1 이상 6 이하이다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, i-부틸기, 2- 에틸부틸기, 3, 3-디메틸부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-부틸헥실기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 4-t-부틸시클로헥실기, n-헵틸기, 1-메틸헵틸기, 2,2-디메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-부틸헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-부틸옥틸기, 2-헥실옥틸기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸데실기, 2-부틸데실기, 2-헥실데실기, 2-옥틸데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸도데실기, 2-부틸도데실기, 2-헥실도데실기, 2-옥틸도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸헥사데실기, 2-부틸헥사데실기, 2-헥실헥사데실기, 2-옥틸헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 2-에틸이코실기, 2-부틸이코실기, 2-헥실이코실기, 2-옥틸이코실기, n-헨이코실기, n-도코실기, n-트리코실기, n-테트라코실기, n-펜타코실기, n-헥사코실기, n-헵타코실기, n-옥타코실기, n-노나코실기, 및 n-트리아콘틸기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 탄화수소 고리기는 고리 형성 탄소수 5 이상 20 이하의 포화 탄화수소 고리기일 수 있다.
본 명세서에서, 아릴기는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 아릴기의 고리 형성 탄소수는 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 아릴기의 예로는 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 퀸크페닐기, 섹시페닐기, 트리페닐에닐기, 피레닐기, 벤조 플루오란테닐기, 크리세닐기 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 헤테로 고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기를 의미한다. 헤테로 고리기는 지방족 헤테로 고리기 및 방향족 헤테로 고리기를 포함한다. 방향족 헤테로 고리기는 헤테로아릴기일 수 있다. 지방족 헤테로 고리 및 방향족 헤테로 고리는 단환 또는 다환일 수 있다.
헤테로고리기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로고리기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있으며, 헤테로아릴기를 포함하는 개념이다. 헤테로고리기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다.
지방족 헤테로 고리기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 지방족 헤테로 고리기의 예로는 옥시란기, 티이란기, 피롤리딘기, 피페리딘기, 테트라하이드로퓨란기, 테트라하이드로티오펜기, 티안기, 테트라하이드로피란기, 1,4-디옥산기, 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
헤테로아릴기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로고리기 또는 다환식 헤테로고리기일 수 있다. 헤테로아릴기의 고리 형성 탄소수는 2 이상 30 이하, 2 이상 20 이하, 또는 2 이상 10 이하일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 트리아졸기, 피리딘기, 비피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 페녹사진기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, N-아릴카바졸기, N-헤테로아릴카바졸기, N-알킬카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤즈이미다졸이기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트롤린기, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 옥시기는 알콕시기 및 아릴 옥시기를 포함할 수 있다. 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1 이상 20 이하 또는 1 이상 10 이하인 것일 수 있다. 아릴옥시기의 고리 형성 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 6 이상 30 이하, 6 이상 20 이하, 또는 6 이상 15 이하일 수 있다. 옥시기의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 벤질옥시 등이 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 보릴기는 알킬 보릴기 및 아릴 보릴기를 포함한다. 보릴기의 예로는 트리메틸보릴기, 트리에틸보릴기, t-부틸디메틸보릴기, 트리페닐보릴기, 디페닐보릴기, 페닐보릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 알킬 보릴기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같고, 아릴 보릴기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 이상 30 이하일 수 있다. 아민기는 알킬 아민기 및 아릴 아민기를 포함할 수 있다. 아민기의 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 페닐아민기, 디페닐아민기, 나프틸아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알킬 아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 아릴 아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에서, 직접 결합(direct linkage)은 단일 결합을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "
Figure pat00048
" 는 연결되는 위치를 의미한다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 하기 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합다환 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00049
화학식 1에서, W1 내지 W6은 각각 독립적으로, CR1 또는 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되는 탄소 원자이다. 예를 들어, W1 내지 W6 중 인접한 어느 두 개는 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되는 탄소 원자이다. 구체적으로, 화학식 1에 화학식 2로 표시되는 치환기가 2개 또는 3개 연결된다. 즉, W1 내지 W6 중 인접한 2쌍 또는 3쌍은 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결된다.
화학식 1에서, R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성한다. 예를 들어, R1은 수소 원자이거나 치환 또는 비치환된 메틸기일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00050
화학식 2에서, X1은 O, S, 또는 NAr1이다.
화학식 2에서, Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다. 구체적으로, Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 예를 들어, Ar1은 비치환된 페닐기, 파라(para)위치에 메틸기가 치환된 페닐기, 파라 위치에 t-뷰틸기가 치환된 페닐기, 또는 중수소로 치환된 페닐기일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, Ar1은 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 카바졸을 형성할 수 있다.
화학식 2에서, R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성한다. 예를 들어, R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 디페닐아민기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기일 수 있다. 구체적으로, R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 중수소로 치환된 디페닐아민기 또는 중수소로 치환된 카바졸기일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되지 않는다.
화학식 2에서 a 및 b는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이다. 예를 들어, a 및 b는 각각 독립적으로, 0 또는 1일 수 있다.
화학식 2에서 c는 0 이상 4 이하의 정수이다. 예를 들어, c는 0 또는 1일 수 있다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-5로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00051
[화학식 1-2]
Figure pat00052
[화학식 1-3]
Figure pat00053
[화학식 1-4]
Figure pat00054
[화학식 1-5]
Figure pat00055
화학식 1-1 내지 화학식 1-5로 표시되는 축합다환 화합물은, 화학식 1에 화학식 2로 표시되는 치환기가 2개 연결된 경우를 구체화한 것이다.
화학식 1-1은 화학식 1에서 W2 및 W3에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결되고, W5 및 W6에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결된 경우를 구체화한 것이다. 화학식 1-1은 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
화학식 1-2는 화학식 1에서 W2 및 W3에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결되고, W1 및 W6에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결된 경우를 구체화한 것이다. 화학식 1-2는 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
화학식 1-3은 화학식 1에서 W3 및 W4에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결되고, W5 및 W6에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결된 경우를 구체화한 것이다. 화학식 1-3은 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
화학식 1-4는 화학식 1에서 W2 및 W3에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결되고, W1 및 W6에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결된 경우를 구체화한 것이다. 화학식 1-4는 비대칭적인 구조를 가질 수 있다.
화학식 1-5는 화학식 1에서 W2 및 W3에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결되고, W5 및 W6에 화학식 2로 표시되는 치환기 1개가 연결된 경우를 구체화한 것이다. 화학식 1-5는 비대칭적인 구조를 가질 수 있다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-5에서, X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 c는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-5에서, X2는 O, S, 또는 NAr2일 수 있다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-5에서, Ar2 에 대한 설명은 화학식 1의 Ar1에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
화학식 1에서, d는 0 이상 2 이하의 정수이다. 일 실시예에서, d가 0인 경우, 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 d가 1이고, R1이 수소원자인 경우 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물과 동일한 것일 수 있다. 일 실시예에서, d가 1인 경우, R1은 수소 원자 또는 비치환된 메틸기일 수 있다. 일 실시예에서, d가 2인 경우, 복수의 R1은 서로 상이하거나 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, d가 2인 경우, 복수의 R1은 모두 비치환된 메틸기일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-5에서, R5 내지 R7 각각에 대한 설명은 화학식 1의 R2 내지 R4에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-5에서, e 및 f는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고, g는 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. 예를 들어, e 및 f는 각각 독립적으로, 0 또는 1일 수 있다. 예를 들어, g 는 0 또는 1일 수 있다. 다만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 일 실시예에서, X1 및 X2는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, X1 및 X2는 모두 O이거나, 또는 모두 S일 수 있다. 예를 들어, X1 및 X2는 각각 NAr1 및 NAr2이고, Ar1 및 Ar2는 서로 동일할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 화학식 1-1 내지 화학식 1-5에서, 화학식 1에 치환된 화학식 2로 표시되는 치환기 2개는 서로 동일할 수 있다. 구체적으로, X1 및 X2는 서로 동일할 수 있다. R2, R3, 및 R4 각각은 R5, R6, 및 R7 각각과 동일할 수 있다. a, b, 및 c 각각은 e, f, 및 g 각각과 동일할 수 있다. 이에 따라 화학식 1-1 내지 화학식 1-3으로 표시되는 축합다환 화합물은 R1이 치환되는 벤젠고리를 기준으로 선대칭 구조일 수 있다. 다만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 3로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00056
화학식 3에서, X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 c는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
화학식 3에서, X2는 O, S, 또는 NAr2일 수 있고, X3는 O, S, 또는 NAr3일 수 있다. Ar2 및 Ar3 각각에 대한 설명은 화학식 1의 Ar1에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
화학식 3에서, X2 및 X3 각각에 대한 설명은 화학식 1의 X1에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
화학식 3에서, Ar2 및 Ar3 각각에 대한 설명은 화학식 1의 Ar1에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
화학식 3에서, R5 내지 R7 및 R8 내지 R10 각각에 대한 설명은 화학식 1의 R2 내지 R4에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
화학식 1-1 내지 화학식 1-5에서, e, f, h, 및 i는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고, g 및 j는 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. 예를 들어, e, f, h, 및 i는 각각 독립적으로, 0 또는 1일 수 있다. 예를 들어, g 및 j는 각각 독립적으로, 0 또는 1일 수 있다. 다만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00057
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Figure pat00089
Figure pat00090
Figure pat00091
Figure pat00092
Figure pat00093
Figure pat00094
Figure pat00095
Figure pat00096
Figure pat00097
.
일 실시예의 축합다환 화합물은 청색 발광 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 축합다환 화합물은 485nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장(λmax)을 갖는 청색광을 방출하는 발광 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 축합다환 화합물은 460nm 이상 485nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 발광 재료일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합다환 화합물은 청색 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다.
일 실시예의 축합다환 화합물은 인돌로카바졸(indolocarbazole)의 유도체에 1,4-azaborinane(
Figure pat00098
) 또는 1,4-oxaborinane(
Figure pat00099
) 구조가 복수 개 축합된 다중 공명형 분자 골격을 가질 수 있다. 일 실시예의 축합다환 화합물은 다중 공명형 분자 골격에 의해 분자 내 비틀림이 다수 발생하여 높은 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)를 나타내고, 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 재료로 사용되면서 높은 발광 효율을 나타낼 수 있다.
즉, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 상술한 일 실시예의 축합다환 화합물을 발광층에 포함하여 장수명 특성 및 우수한 색재현성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 지연 형광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)을 발광하는 것일 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 복수의 발광층들을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들은 순차적으로 적층되어 제공되는 것일 수 있으며, 예를 들어 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자(10)는 백색광을 방출하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 탠덤(Tandem) 구조의 유기 전계 발광 소자일 수 있다. 유기 전계 발광 소자(10)가 복수의 발광층들을 포함하는 경우 적어도 하나의 발광층(EML)은 상술한 일 실시예의 축합다환 화합물을 포함할 수 있다.
발광층(EML)은 제1 화합물 및 제1 화합물과 상이한 제2 화합물을 포함하며, 제1 화합물은 일 실시예의 축합다환 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하며 상술한 일 실시예의 축합다환 화합물을 도펀트로 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 지연 형광 발광용 호스트 및 지연 형광 발광용 도펀트를 포함할 수 있고, 상술한 일 실시예의 축합다환 화합물을 지연 형광 발광용 도펀트로 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 상술한 화합물군 1에 표시된 축합다환 화합물들 중 적어도 하나를 열활성 지연 형광 도펀트로 포함할 수 있다.
일 실시예에서 발광층(EML)은 지연 형광 발광층이고, 발광층(EML)은 공지의 호스트 재료 및 상술한 일 실시예의 축합다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 축합다환 화합물은 TADF 도펀트로 사용되는 것일 수 있다.
발광층(EML)은 상술한 화합물군 1의 축합다환 화합물을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 공지의 호스트 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)은 호스트 물질로 DPEPO(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CBP(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl), mCP(1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene), PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzo[b,d]furan), TcTa(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine) 및 TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)benzene) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PVK(poly(N-vinylcarbazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4′-bis(9-carbazolyl)-2,2′-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene), CP1(Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2 (1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4 (Octaphenylcyclotetra siloxane)등을 호스트 재료로 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료로, 스티릴 유도체(예를 들어, 1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene(BCzVB), 4-(di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(N-BDAVBi)), 페릴렌 및 그 유도체(예를 들어, 2, 5, 8, 11-Tetra-t-butylperylene(TBP)), 피렌 및 그 유도체(예를 들어, 1, 1-dipyrene, 1, 4-dipyrenylbenzene, 1, 4-Bis(N, N-Diphenylamino)pyrene) 등을 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 발광층(EML)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층(HBL)/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), BmPyPhB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene) 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI, CuI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 Liq(Lithium quinolate) 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층(HBL)을 포함할 수 있다. 정공 저지층(HBL)은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 또는 음극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(CPL)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(CPL)은 예를 들어, α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-tetra (biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"- Tris (carbazol sol-9-yl) triphenylamine), N, N'-bis (naphthalen-1-yl) 등을 포함하는 것일 수 있다.
유기 전계 발광 소자(10)에서, 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)에 각각 전압이 인가됨에 따라 제1 전극(EL1)으로부터 주입된 정공(hole)은 정공 수송 영역(HTR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동되고, 제2 전극(EL2)로부터 주입된 전자가 전자 수송 영역(ETR)을 거쳐 발광층(EML)으로 이동된다. 전자와 정공은 발광층(EML)에서 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하며, 여기자가 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 일 실시예의 축합다환 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광층(EML)에 포함하여 청색광의 발광 파장 영역에서 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 축합다환 화합물은 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있으며, 발광층(EML)은 일 실시예의 축합다환 화합물을 포함하여 열활성 지연 형광 발광함으로써 높은 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 상술한 일 실시예의 화합물은 발광층(EML) 이외의 유기층에서 유기 전계 발광 소자(10)용 재료로 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자(10)는 상술한 축합다환 화합물을 제1 전극(EL1) 및 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 적어도 하나의 기능층 또는 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)에 포함할 수도 있다.
상술한 일 실시예의 축합다환 화합물은 1,4-azaborinane(
Figure pat00100
) 또는 1,4-oxaborinane(
Figure pat00101
) 등의 방향족 고리들이 인돌로카바졸(indolocarbozle) 유도체에 축합되는 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 축합다환 화합물은 다중 공명형 분자 골격을 가지고, 분자 내 비틀림이 다수 발생하여 높은 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 나타내어 지연 형광 발광 재료로 사용될 수 있다.
또한, 일 실시예의 축합다환 화합물을 발광층에 포함한 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 청색광을 방출하며 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축합다환 화합물 및 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 합성예
일 실시예에 따른 축합다환 화합물은 예를 들어, 하기와 같이 합성할 수 있다. 다만, 이하에 설명하는 축합다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 축합다환 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
1-1. 화합물 1의 합성
[반응식 1]
Figure pat00102
Figure pat00103
Figure pat00104
(1) 중간체 화합물 A의 합성
5,7-dihydroindolo[2,3-b]carbazole(10.0g, 39mmol)을 1-Methyl-2-pyrrolidone(NMP, 50ml)에 넣어, 60% NaH(3.90g, 163mmol)을 더하여, 실온에서 1시간 교반했다. 1-bromo-2-chloro-3-fluorobenzene(24.5g, 117mmol)을 더하여 100℃에서 24시간 교반했다. 방랭한 후, 물을 첨가하여 여별하고, 수세하고, 결정을 건조하여 중간체 화합물 A(15.0g, 수율 67%)를 얻었다.
(2) 중간체 화합물 B의 합성
중간체 화합물 A(15.0g, 24mmol), diphenylamine(10.0g, 59mmol) Bis(dibenzylideneacetone)palladium(0)(Pd(dba)2(0.81g, 1.4mmol), Tri-tert-butylphosphonium tetrafluorobora(P(tBu)3HBF4(0.34g, 1.89mmol), Sodium tert-Butoxide(tBuONa, 6.81g, 71mmol)를 Toluene(120ml)에 더하여 90℃에서, 6시간 교반했다. 방랭하여 Toluene과 물을 더하여 분액했다. 유기층을 농축하여, Column chromatography(Silica gel)로 정제하고, 농축하고, 여별하여 Hexane으로 세정하여 중간체 화합물 B(15.3g, 수율 80%)를 얻었다.
(3) 화합물 1의 합성
중간체 화합물 B를 tert-Butylbenzene(100ml)에 넣어, -25℃까지 냉각했다. tert-Butyl Lithium 1.6M (in Pentane) 용액(46ml, 74mmol)을 더하여, 서서히 승온시켜 60℃에서 3시간 교반했다. 반응액을 -10℃까지 냉각하여 BBr3(18.5g, 74 mmol)를 더했다. 실온에서 1시간 교반한 후, 빙랭 하에서 N,N-Diisopropylethylamine(9.6g, 74mmol)을 더하여, 반응액을 100℃에서 1시간 교반했다. 방랭하고, 톨루엔을 더하여 용해해 물을 더하여 분액해, 유기층을 농축하여 Column chromatography(Silica gel)로 정제하여 화합물 1(2.8g, 수율 20%)을 얻었다. 승화 정제(350℃, 3.7x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 758(M++1)임을 확인하였다.
1-2. 화합물 7의 합성
[반응식 2]
Figure pat00105
Figure pat00106
(1) 화합물 7의 합성
중간체 화합물 A로부터 diphenylamine 대신 중간체 화합물 C를 사용하여 중간체 화합물 B의 합성과 동일한 방법을 사용하여 중간체 화합물 D를 얻은 후, 중간체 화합물 B 대신 중간체 화합물 D를 사용하여 화합물 1의 합성과 동일한 방법을 사용하여 화합물 7을 얻었다. 승화 정제(420℃, 3.0x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 1092(M++1)임을 확인하였다.
1-3. 화합물 28의 합성
[반응식 3]
Figure pat00107
Figure pat00108
(1) 중간체 화합물 E의 합성
중간체 화합물 A(10.0g, 16mmol)와 Phenol(3.7g, 39mmol)을 더하여 CuI(0.15g, 0.79mmol)와 Tris(2,4-pentanedionato)iron(III)(Fe(III)(acac)3, 0.51g, 1.6mmol)과 K2CO3(8.70g, 63 mmol)을 NMP(50ml)에 더하여 180℃에서 24시간 가열 교반했다. 방랭하여, CH2Cl2와 물을 더하여 분액해, 유기층을 농축하여, Column chromatography(Silica gel)로 정제하여 중간체 화합물 E(9.2g, 수율 88%)를 얻었다.
(2) 화합물 28의 합성
중간체 화합물 E로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 28을 얻었다. 승화 정제(380℃, 6.2x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 608(M++1)임을 확인하였다.
1-4. 화합물 31의 합성
[반응식 4]
Figure pat00109
(1) 중간체 화합물 F의 합성
중간체 화합물 E의 합성에서 phenol 대신 3-(9H-carbazol-9-yl)phenol을 사용하여 중간체 화합물 F를 얻었다.
(2) 화합물 31의 합성
중간체 화합물 F로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 31을 얻었다. 승화 정제(410℃, 5.8x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 938(M++1)임을 확인하였다.
1-5. 화합물 38의 합성
[반응식 5]
Figure pat00110
(1) 중간체 화합물 G의 합성
중간체 화합물 E의 합성에서 phenol 대신 9-phenyl-9H-carbazol-2-ol을 사용하여 중간체 화합물 G를 얻었다.
(2) 화합물 38의 합성
중간체 화합물 G로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 38을 얻었다. 승화 정제(415℃, 4.5x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 938(M++1)임을 확인하였다.
1-6. 화합물 41의 합성
[반응식 6]
Figure pat00111
(1) 중간체 화합물 H의 합성
중간체 화합물 A(10.0g, 16mmol)와 Benzenethiol(4.3g, 39mmol)과 CuI(0.15g, 0.79mmol) 및, CsCO3(12.1g, 63mmol)을 NMP(50ml)에 더하여 160℃에서 20시간 교반했다. 방랭하여, CH2Cl2와 물을 더하여 분액해, 유기층을 농축하여, Column chromatography(Silica gel)로 정제하여 중간체 화합물 H(7.7g, 수율 73%)를 얻었다.
(2) 화합물 41의 합성
중간체 화합물 H로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 41을 얻었다. 승화 정제(350℃, 3.8x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 640(M++1)임을 확인하였다.
1-7. 화합물 43의 합성
[반응식 7]
Figure pat00112
(1) 중간체 화합물 I의 합성
중간체 화합물 H의 합성에서 Benzenethiol 대신 4-(tbutyl)benzenethiol을 사용하여 중간체 화합물 I를 얻었다.
(2) 화합물 43의 합성
중간체 화합물 I로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 43을 얻었다. 승화 정제(320℃, 4.5x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 752(M++1)임을 확인하였다.
1-8. 화합물 51의 합성
[반응식 8]
Figure pat00113
(1) 중간체 화합물 J의 합성
중간체 화합물 H의 합성에서 Benzenethiol 대신 3-(9H-carbazol-9-yl)benzenethiol을 사용하여 중간체 화합물 J를 얻었다.
(2) 화합물 51의 합성
중간체 화합물 J로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 51을 얻었다. 승화 정제(390℃, 7.7x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 970(M++1)임을 확인하였다.
1-9. 화합물 54의 합성
[반응식 9]
Figure pat00114
Figure pat00115
Figure pat00116
Figure pat00117
(1) 중간체 화합물 K의 합성
중간체 화합물 A의 합성에서 5,7-dihydroindolo[2,3-b]carbazole 대신 1,5-dibromo-2-chloro-3-fluorobenzene을 사용하여 중간체 화합물 K를 얻었다.
(2) 중간체 화합물 L의 합성
중간체 화합물 K(10.0g, 19mmol)와 1,2-Dichloro-3-iodobenzene(6.2g, 23mmol), 1,10-phenanthroline(0.34g, 1.9 mmol), tBuONa (6.81g, 71mmol)을 1,4-dioxane(50ml)에 더하여, 24시간 가열 교반했다. CH2Cl2와 물을 더하여 분액해, 유기층을 농축하여, Column chromatography(Silica gel)로 정제하여 중간체 화합물 L(8.6g, 수율 68%)을 얻었다.
(3) 중간체 화합물 M의 합성
중간체 화합물 B의 합성에서 중간체 화합물 A 대신 중간체 화합물 L을 사용하여 중간체 화합물 M를 얻었다.
(4) 중간체 화합물 54의 합성
중간체 화합물 M으로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 54를 얻었다. 승화 정제(370℃, 3.6x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 925(M++1)임을 확인하였다.
1-10. 화합물70의 합성
[반응식 10]
Figure pat00118
Figure pat00119
Figure pat00120
(1) 중간체 화합물 N의 합성
중간체 화합물 E의 합성에서 중간체 화합물 A 대신 1-bromo-2-chloro-3-fluorobenzene을 사용하여 중간체 화합물 N을 얻었다.
(2) 중간체 화합물 O의 합성
중간체 화합물 B의 합성에서 중간체 화합물 A 대신 중간체 화합물 K를 사용하여 중간체 화합물 O를 얻었다.
(3) 중간체 화합물 P의 합성
중간체 화합물 O를 1-Methyl-2-pyrrolidone(NMP, 50ml)에 넣어, 60% NaH(3.90 g, 163 mmol)을 더하여, 실온에서 1시간 교반했다. 1-bromo-2-chloro-3-phenoxybenzene을 더하여 100℃에서 24시간 교반했다. 방랭하여 물을 더하여, 여별하여, 수세하여, 결정을 건조해, 중간체 화합물 P를 얻었다.
(4) 화합물70의 합성
중간체 화합물 P로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 70을 얻었다. 승화 정제(370℃, 5.3x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 850(M++1)임을 확인하였다.
1-11. 화합물 84의 합성
[반응식 11]
Figure pat00121
(1) 중간체 화합물 Q의 합성
중간체 화합물 A의 합성에서 5,7-dihydroindolo[2,3-b]carbazole 대신 1,5-dibromo-2-chloro-3-fluorobenzene을 사용하여 중간체 화합물 Q를 얻었다.
(2) 중간체 화합물 R의 합성
중간체 화합물 B의 합성에서 중간체 화합물 A 대신 중간체 화합물 Q를 사용하여 중간체 화합물 R을 얻었다.
(3) 화합물 84의 합성
중간체 화합물 R로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 84를 얻었다. 승화 정제(425℃, 3.3x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 1092(M++1)임을 확인하였다.
1-12. 화합물102의 합성
[반응식 12]
Figure pat00122
Figure pat00123
Figure pat00124
(1) 중간체 화합물 S의 합성
중간체 화합물 A의 합성에서 5,7-dihydroindolo[2,3-b]carbazole 대신 5,12-dihydroindolo[3,2-a]carbazole을 사용하여 중간체 화합물 S를 얻었다.
(2) 중간체 화합물 T의 합성
중간체 화합물 D의 합성에서 중간체 화합물 A 대신 중간체 화합물 S를 사용하여 중간체 화합물 T를 얻었다.
(3) 화합물 102의 합성
중간체 화합물 T로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 102를 얻었다. 승화 정제(410℃ 5.6x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 1092(M++1)임을 확인하였다.
1-13. 화합물 117의 합성
[반응식 13]
Figure pat00125
(1) 중간체 화합물 U의 합성
중간체 화합물 A의 합성에서 5,7-dihydroindolo[2,3-b]carbazole 대신 5,11-dihydroindolo[3,2-b]carbazole을 사용하여 중간체 화합물 U를 얻었다.
(2) 중간체 화합물 V의 합성
중간체 화합물 B의 합성에서 중간체 화합물 A 대신 중간체 화합물 U를 사용하여 중간체 화합물 V를 얻었다.
(3) 화합물 117의 합성
중간체 화합물 V로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 117을 얻었다. 승화 정제(415℃, 7.2x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 1092(M++1)임을 확인하였다.
1-14. 화합물 128의 합성
[반응식 14]
Figure pat00126
(1) 중간체 화합물 W의 합성
중간체 화합물 A의 합성에서 5,7-dihydroindolo[2,3-b]carbazole 대신 10,15-dihydro-5H-diindolo[3,2-a:3',2'-c]carbazole을 사용하여 중간체 화합물 W를 얻었다.
(2) 중간체 화합물 X의 합성
중간체 화합물 B의 합성에서 중간체 화합물 A 대신 중간체 화합물 W를 사용하여 중간체 화합물 X를 얻었다.
(3) 화합물 128의 합성
중간체 화합물 X로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 128을 얻었다. 승화 정제(440℃, 3.1x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 1098(M++1)임을 확인하였다.
1-15. 화합물 129의 합성
[반응식 15]
Figure pat00127
(1) 중간체 화합물 Y의 합성
중간체 화합물 L의 합성에서 중간체 화합물 K 대신 10,15-dihydro-5H-diindolo[3,2-a:3',2'-c]carbazole을 사용하고, 1,2-Dichloro-3-iodobenzene 대신 중간체 화합물 N을 사용하여 중간체 화합물 Y를 얻었다.
(2) 화합물 129의 합성
중간체 화합물 Y로부터 중간체 화합물 B에서 화합물 1을 합성한 것과 동일한 방법을 사용하여 화합물 129를 얻었다. 승화 정제(380℃, 8.8x10-3Pa)하여 소자 평가를 실시했다. FAB-MS(m/z) 측정에 의해 분자량이 873(M++1)임을 확인하였다.
2. 화합물의 에너지 준위 평가
표 1은 하기 실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 5의 화합물에 대한 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level), 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level), 및 S1과 T1 에너지 차이(ΔEST)를 나타낸 것이다.
[실시예 화합물]
Figure pat00128
Figure pat00129
Figure pat00130
Figure pat00131
[비교예 화합물]
Figure pat00132
구분 도펀트 재료 T1 level S1 level ΔEST
실시예 1 실시예 화합물 1 2.51 2.66 0.15
실시예 2 실시예 화합물 7 2.51 2.68 0.17
실시예 3 실시예 화합물 28 2.44 2.61 0.17
실시예 4 실시예 화합물 31 2.47 2.62 0.15
실시예 5 실시예 화합물 38 2.46 2.62 0.16
실시예 6 실시예 화합물 41 2.48 2.64 0.16
실시예7 실시예 화합물 43 2.46 2.63 0.17
실시예8 실시예 화합물 51 2.53 2.69 0.16
실시예9 실시예 화합물 54 2.46 2.61 0.15
실시예10 실시예 화합물 70 2.47 2.62 0.15
실시예11 실시예 화합물 84 2.40 2.56 0.16
실시예12 실시예 화합물 102 2.43 2.59 0.16
실시예13 실시예 화합물 117 2.46 2.62 0.16
실시예14 실시예 화합물 128 2.43 2.59 0.16
실시예15 실시예 화합물 129 2.43 2.59 0.16
비교예 1 비교예 화합물 X1 2.39 2.58 0.19
비교예 2 비교예 화합물 X2 2.40 2.59 0.19
비교예 3 비교예 화합물 X3 2.36 2.56 0.20
비교예 4 비교예 화합물 X4 2.45 2.66 0.21
비교예 5 비교예 화합물 X5 2.50 2.68 0.18
표 1의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 15의 화합물들은 T1의 평균값이 비교예 1 내지 비교예 5의 화합물들의 T1 평균값보다 높다. 실시예 1 내지 실시예 15의 화합물들은 ΔEST 값이 0.17eV 이하이고, 비교예 1 내지 비교예 5의 화합물들은 ΔEST 값이 0.18eV 이상 0.21eV 이하이다. 이로부터 실시예 1 내지 실시예 15 및 비교예 1 내지 비교예 5의 화합물들은 열활성 지연 형광 도펀트로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 15의 화합물들은 비교예 1 내지 5의 화합물들보다 높은 T1 Level 및 낮은 ΔEST 값을 가짐에 따라, 발광층에 적용될 경우 비교예 1 내지 5의 화합물들보다 높은 발광 효율을 낼 수 있을 것으로 판단된다.
3. 축합다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 및 평가
일 실시예의 축합다환 화합물의 발광 특성, 및 일 실시예의 축합다환 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대한 평가를 아래의 방법으로 진행하였다. 소자 평가를 위한 유기 전계 발광 소자 제작 방법은 아래에 기재하였다.
상술한 실시예 화합물 1, 7, 28, 31, 38, 41, 43, 51, 54, 70, 84, 102, 117, 128, 및 129를 발광층의 도펀트 재료로 사용하여 실시예 1 내지 실시예 15의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다. 비교예 1 내지 비교예 5는 비교예 화합물 X1, X2, X3, X4 및 X5를 발광층 도펀트 재료로 각각 사용하여 제작된 유기 전계 발광 소자이다.
(유기 전계 발광 소자의 제작)
유리 기판 상에 두께 1500Å의 ITO를 패터닝한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30 분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 100Å 두께로 HAT-CN를 증착하고, α-NPD를 두께 800Å로 증착하고, mCP를 50Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 발광층 형성시 일 실시예의 축합다환 화합물 또는 비교예 화합물과 mCBP를 1:99의 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하였다. 즉, 공증착하여 형성된 발광층은 실시예 1 내지 실시예 15에서는 각각 화합물 1, 7, 28, 31, 38, 41, 43, 51, 54, 70, 84, 102, 117, 128, 및 129를 Mcbp와 혼합하여 증착하였고, 비교예 1 내지 비교예 5에서는 비교예 화합물 X1 내지 X5 각각을 mCBP물질과 혼합하여 증착하였다.
이후 발광층 상에 TPBi로 두께 300Å의 층을 형성하고, LiF로 두께 50Å의 층을 순차적으로 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, 알루미늄(Al)으로 두께 1000Å의 제2 전극을 형성하였다.
[기능층 화합물]
Figure pat00133
Figure pat00134
Figure pat00135
Figure pat00136
(유기 전계 발광 소자의 특성 평가)
표 2에 실시예 1 내지 실시예 15, 및 비교예 1 내지 비교예 5에 대한 유기 전계 발광 소자의 평가 결과를 나타내었다. 표 2에 나타낸 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과에서, 최대 발광 파장(λmax)은 발광 스펙트럼에서 최댓값을 나타내는 파장을 나타낸 것이고, EQEmax(External quantum efficiency)는 외부 양자 효율의 최댓값이며, EQEmax1000nit는 1000cd/m2에서의 외부 양자 효율의 최댓값이다.
구분 도펀트 재료 λmax (nm) EQEmax (%) EQEmax1000nit (%)
실시예 1 실시예 화합물 1 473 20.5 19.4
실시예 2 실시예 화합물 7 474 22.3 18.9
실시예 3 실시예 화합물 28 467 21.5 18.7
실시예 4 실시예 화합물 31 463 19.5 18.4
실시예 5 실시예 화합물 38 475 19.8 18.3
실시예 6 실시예 화합물 41 474 20.1 18.1
실시예 7 실시예 화합물 43 473 20.8 17.9
실시예 8 실시예 화합물 51 470 20.4 19.2
실시예 9 실시예 화합물 54 472 19.4 18.9
실시예 10 실시예 화합물 70 461 19.3 18.7
실시예 11 실시예 화합물 84 475 20.2 18.2
실시예 12 실시예 화합물 102 474 20.9 19.0
실시예 13 실시예 화합물 117 485 20.8 18.9
실시예 14 실시예 화합물 128 478 20.4 18.4
실시예 15 실시예 화합물 129 473 19.4 18.1
비교예 1 비교예 화합물 X1 478 10.2 5.3
비교예 2 비교예 화합물 X2 479 14.5 11.3
비교예 3 비교예 화합물 X3 480 10.2 5.2
비교예 4 비교예 화합물 X4 478 10.3 7.2
비교예 5 비교예 화합물 X5 485 18.7 15.2
표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 15의 유기 전계 발광 소자는 460nm 이상 485nm 이하의 청색 파장 영역에서 발광하며 EQEmax 값이 19% 이상, EQEmax1000nit 값이 17.9% 이상으로 우수한 외부 양자 효율을 나타낸다. 즉, 일 실시예에 따른 축합다환 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 실시예 15의 유기 전계 발광 소자는 향상된 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.이와 비교하여, 비교예 1, 3, 및 4의 유기 전계 발광 소자의 경우 청색 파장 영역에서 발광하나, EQEmax 값이 10%에 가깝고, EQEmax1000nit 값은 7.2% 이하로 낮게 나타났다. 비교예 화합물 X1, X3, 및 X4의 경우, 카바졸 유도체를 포함하고 1,4-azaborinane 구조가 개시되어 있으나, 인돌로카바졸(indolocarbozle) 유도체를 중심으로 축합된 2개 이상의 1,4-azaborinane 또는 1,4-oxaborinane 구조를 개시하고 있지 않다.
비교예 2 및 5의 유기 전계 발광 소자의 경우, 실시예의 유기 전계 발광 소자들에 비해 λmax 값이 크고, EQEmax 및 EQEmax1000nit는 낮게 나타났다. 비교예 화합물 X2의 경우, 인돌로카바졸 유도체에 축합된 1개의 1,4-azaborinane 구조를 개시하고 있으나, 인돌로카바졸 유도체에 1,4-azaborinane 또는 1,4-oxaborinane 구조가 2개 이상 축합된 구조는 개시하고 있지 않다.
또한 비교예 화합물 X5의 경우, 벤젠고리에 축합된 2개의 1,4-azaborinane을 포함하고 있으나, 인돌로카바졸 유도체에 1,4-azaborinane 또는 1,4-oxaborinane 구조가 2개 이상 축합한 구조는 개시하고 있지 않다.
일 실시예의 축합다환 화합물은 인돌로카바졸 유도체에 1,4-azaborinane 또는 1,4-oxaborinane 구조가 2개 또는 3개 축합되어 다중 공명형 분자 골격을 가질 수 있다. 이에 따라, 분자 내에 비틀림이 다수 발생하여 높은 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 가지며, 양자 효율이 높아 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 일 실시예의 축합다환 화합물을 발광층에 포함하여 청색 파장의 발광 파장 영역에서 우수한 색특성을 나타내고, 높은 발광 효율을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 유기 전계 발광 소자 EL1: 제1 전극
EL2: 제2 전극 HTR: 정공 수송 영역
EML: 발광층 ETR: 전자 수송 영역
CPL: 캡핑층

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 발광층; 을 포함하고,
    상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00137

    상기 화학식 1에서,
    W1 내지 W6은 각각 독립적으로, CR1 또는 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되는 탄소 원자이고,
    R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    W1 내지 W6 중 인접한 어느 두 개는 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되는 탄소 원자이고,
    상기 화학식 1에 상기 화학식 2로 표시되는 치환기가 2개 또는 3개 연결되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00138

    상기 화학식 2에서,
    X1은 O, S, 또는 NAr1이고,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    a 및 b는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    c는 0 이상 4 이하의 정수이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-5로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00139
    [화학식 1-2]
    Figure pat00140

    [화학식 1-3]
    Figure pat00141

    [화학식 1-4]
    Figure pat00142

    [화학식 1-5]
    Figure pat00143

    상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-5에서,
    X2는 O, S, 또는 NAr2이고,
    Ar2는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R5 내지 R7는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    e 및 f는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 d는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-5에서, X1 및 X2는 서로 동일한 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1에 치환된 2개 또는 3개의 화학식 2로 표시되는 치환기들은 서로 동일한 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3]
    Figure pat00144

    상기 화학식 3에서,
    X2는 O, S, 또는 NAr2이고,
    X3는 O, S, 또는 NAr3이고,
    Ar2 및 Ar3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R5 내지 R10는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    e 및 f는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    h 및 i는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    j는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 c는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 화학식 3에서 X1, X2, 및 X3는 모두 동일한 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    R-1은 수소 원자 또는 치환 또는 비치환된 메틸기인 유기 전계 발광 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 디페닐아민기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기인 유기 전계 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 발광층은 지연 형광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 발광층은 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고,
    상기 제1 화합물은 상기 축합다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 발광층은 청색 파장 영역의 광을 발광하는 유기 전계 발광 소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00145
    Figure pat00146
    Figure pat00147
    Figure pat00148
    Figure pat00149
    Figure pat00150
    Figure pat00151
    Figure pat00152
    Figure pat00153
    Figure pat00154
    Figure pat00155
    Figure pat00156
    Figure pat00157
    Figure pat00158
    Figure pat00159
    Figure pat00160
    Figure pat00161
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    Figure pat00181
    Figure pat00182
    Figure pat00183
    .
  13. 하기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00184

    상기 화학식 1에서,
    W1 내지 W6은 각각 독립적으로, CR1 또는 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되는 탄소 원자이고,
    R1은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    W1 내지 W6 중 인접한 어느 두 개에 화학식 2로 표시되는 치환기가 연결되고,
    상기 화학식 1에 상기 화학식 2로 표시되는 치환기가 2개 또는 3개 연결되고,
    [화학식 2]
    Figure pat00185

    상기 화학식 2에서,
    X1은 O, S, 또는 NAr1이고,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    a 및 b는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    c는 0 이상 4 이하의 정수이다.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-5로 표시되는 축합다환 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00186
    [화학식 1-2]
    Figure pat00187

    [화학식 1-3]
    Figure pat00188

    [화학식 1-4]
    Figure pat00189

    [화학식 1-5]
    Figure pat00190

    상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-5에서,
    X2는 O, S, 또는 NAr2이고,
    Ar2는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R5 내지 R7는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    d는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    e 및 f는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 c는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 화학식 1-1 내지 상기 화학식 1-5에서, X1 및 X2는 서로 동일한 축합다환 화합물.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 1에 치환된 2개 또는 3개의 화학식 2로 표시되는 치환기들은 서로 동일한 축합다환 화합물.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화학식 3로 표시되는 축합다환 화합물:
    [화학식 3]
    Figure pat00191

    상기 화학식 3에서,
    X2는 O, S, 또는 NAr2이고,
    X3는 O, S, 또는 NAr3이고,
    Ar2 및 Ar3는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R5 내지 R10는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나 또는 인접하는 고리와 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    e 및 f는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    g는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    h 및 i는 각각 독립적으로, 0 이상 3 이하의 정수이고,
    j는 0 이상 4 이하의 정수이고,
    X1, Ar1, R1 내지 R4, 및 a 내지 c는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 화학식 3에서, X1, X2, 및 X3는 모두 동일한 축합다환 화합물.
  19. 제13 항에 있어서,
    R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 t-부틸기, 치환 또는 비치환된 디페닐아민기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸기인 축합다환 화합물.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나인 축합다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00192
    Figure pat00193
    Figure pat00194
    Figure pat00195
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    .
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