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KR102796297B1 - 매우 짧은 감쇠 시간을 갖는 고효율 ｏｌｅｄ 장치 - Google Patents

매우 짧은 감쇠 시간을 갖는 고효율 ｏｌｅｄ 장치 Download PDF

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KR102796297B1
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코린나 도르만
게르하르트 바겐블라스트
우테 하이네마이어
한나 슈테파니 망골트
민루 장
토마스-웨슬리 홀콤브
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Abstract

본 발명은, (a) 애노드, (i) 캐소드, 및 (e) 2 내지 40 중량%의, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차 [Δ(ES1(X)) - (ET1(X)) < 0.2 eV]를 갖는 발광성 유기금속 착물 X, 0.05 내지 5.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 55 내지 97.95 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이고, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지 (ES1(X))가 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 큰 [(ES1(X)) > ES1(Y)] 것인, 애노드와 캐소드 사이의 발광 층을 포함하는 유기 발광 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 작은 S1-T1 분할을 갖는 발광성 유기금속 착물을 함유하는 발광 층을 형광 발광체로 도핑함으로써, 매우 효율적인 에너지 전달로 인해 외부 양자 효율 (EQE)의 희생 없이 발광 감쇠 시간이 현저히 단축될 수 있다.

Description

매우 짧은 감쇠 시간을 갖는 고효율 ＯＬＥＤ 장치 {HIGHLY EFFICIENT OLED DEVICES WITH VERY SHORT DECAY TIMES}
본 발명은, (a) 애노드, (i) 캐소드, 및 (e) 2 내지 40 중량%의, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차 [Δ(ES1(X)) - (ET1(X)) < 0.2 eV]를 갖는 발광성 유기금속 착물 X, 0.05 내지 5.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 55 내지 97.95 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이고, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지 (ES1(X))가 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 큰 [(ES1(X)) > ES1(Y)] 것인, 애노드와 캐소드 사이의 발광 층을 포함하는 유기 발광 장치에 관한 것이다.
EP1705727A에는, 형광 청색 발광체의 직접적 발광이 25% 양자 효율로 본질적으로 제한됨에도 불구하고, 백색-광 OLED의 전체 효율은, 사용된 하나 이상의 인광 발광체의 삼중항 에너지보다 높은 삼중항 에너지를 갖는 형광 청색 발광체를 사용함으로써 100%가 될 수 있다는 개념이 기재되어 있다. 청색 발광 층을 통한 인광 발광체를 함유하는 추가의 발광 층으로의 비-방사성 삼중항 엑시톤의 확산, 및 후속되는 발열 에너지 전달에 의해, 청색 발광체의 삼중항 엑시톤이 발광에 사용될 수 있다. 이 경우 결과적으로, 형광으로부터 인광 성분으로의 전달이 기재되어 있다.
WO0108230는 발광 층을 포함하는, 발광 생성을 위한 헤테로구조를 포함하며,
*
*여기서, 발광 층은 전도성 호스트 물질 및 상기 호스트 물질 중의 도판트로서 존재하는, 예를 들어 DCM2 등의 형광 발광 분자의 조합이고;
발광 분자는 헤테로구조를 통한 전압 인가시 발광되도록 적합화되고;
헤테로구조는, 발광 스펙트럼이 발광 분자의 흡수 스펙트럼과 실질적으로 오버랩되는 효율적인 인광 물질인, 예를 들어 Ir(ppy)3 등의 계간 교차 분자를 포함하는 것인, 유기 발광 장치 (OLED)에 관한 것이다.
도 1에, 각각 CBP (89%) 및 Ir(ppy)3 (11%) 및 CBP (99%) 및 DCM2 (1%)의 교호 박층 (5x)을 갖는 OLED가 나타나 있다.
WO2008131750에는, 발광 층이 청색 또는 청색-녹색 스펙트럼 광에서 주로 발광하는 하나 이상의 형광 발광체 및 대부분 비-청색 스펙트럼에서 발광하는 하나 이상의 인광 발광체를 포함하는, 유기 발광 장치가 개시되어 있다. 관찰된 작은 양자 효율의 감소는 하기와 같이 설명된다: 형광 발광 층에서의 필수적인 높은 전류 밀도의 삼중항 엑시톤의 큰 축적이 생성되고, 이것이 소위 효율의 "롤-오프(roll-off)" 효과를 초래하는 문제는, 하나 이상의 인광체의 직접적 블렌딩에 의해 해결되는데, 이는 하나의 또는 모든 형광 발광체 상에 이렇게 형성된 삼중항은 직접 인광 발광체로 전달되고 삼중항-삼중항 축적이 발생할 수 없기 때문이다.
US2011108769 (WO2010006681)에서는 소위 "단일항 수확" 방법이 제안된다. T1 상태는 이미 공지된 삼중항 수확 효과에 의해 점유되고, 통상적인 T1->S0 인광이 나타나지만, 이는 불리하게 긴 발광 수명을 갖는다. US2011108769에 따라 사용이 제안된 착물 화합물은 단일항 S1과 삼중항 T1 사이의 매우 작은 에너지 분리 ΔE를 갖는다. 이 경우, 초기에 매우 효율적으로 점유된 T1 상태로부터 S1 상태로의 매우 효율적인 열적 재-점유가 실온에서 나타날 수 있다. 기재된 열적 재-점유 방법은 단수명의 S1 상태로부터의 빠른 발광 채널을 개방하고, 전체적 수명이 현저히 감소된다.
문헌 [M. A. Baldo et al., Nature 403 (2000) 750]에서는 형광 염료를 여기시키기 위해 인광 감광제를 사용한다. 인광 및 형광 분자 종 사이의 에너지 커플링에 대한 메커니즘은 긴 범위의, 비-방사성 에너지 전달이다: 형광의 내부 효율이 100%만큼 높을 수 있음. 문헌 [M. A. Baldo et al., Nature 403 (2000) 750]의 도 1에는, 하기 구조를 갖는 유기 발광 장치가 나타나 있다: 유리 기판 / 산화인듐주석 (애노드) / N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민 (TPD, 정공 수송 층) / 10% Ir(ppy)3/ CBP 및 1% DCM2/CBP/2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린의 10개의 교호 층 (BCP, 차단 층) / 트리스-(8-히드록시퀴놀린) 알루미늄 (Alq3, 전자 수송 층) / Mg/Ag (캐소드). 분자간 에너지 전달은, 공여체의 T1-상태로부터의 느린 전달 속도에 의해 지배된다 (도 1a). 계간 교차는 매우 빠르고 (~ fs) 또한 단일항 상태는 결국 T1-상태가 되기 때문에, 이는 그에 따라 그의 부분적으로 금지된 성질로 인해 전달의 속도를 제한한다. 감지된 전기발광 (EL) 감쇠 시간은 약 100 ns로 측정된다. 장치에서의 EL 감쇠 시간의 측정은, 전하 수송 (전하 이동도에 따라 달라짐), 트랩핑 과정 및 용량 과정 등의 2차 과정 (이는 특히 200 ns 이하 범위의 발광체 종의 여기 상태의 방사성 감쇠 시간의 왜곡을 초래함)에 의해 방해된다. 따라서, EL 감쇠 동역학의 측정은 본 발명에서의 발광 감쇠 시간의 측정에 대해서는 유익하지 않다.
문헌 [M. A. Baldo et al., APPLIED PHYSICS LETTERS 79 (2001)]에는, 4,4'-N,N'-디카르바졸-비페닐 호스트로 공동-도핑된 녹색 전기인광 감광제, fac-트리스(2-페닐피리딘) 이리듐 (Ir(ppy)3)과 함께, 형광 루모포어(lumophore)로서 [2-메틸-6-[2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일]에테닐]-4H-피란-4-일리덴] 프로판-디니트릴 (DCM2)을 사용하는 고효율 황색 유기 발광 장치 (OLED)가 보고되어 있다. 장치는 각각 9%±1% (25 cd/A) 및 17±2 lm/W (0.01 mA/cm2에서)의 피크 외부 형광 양자 및 전력 효율을 나타낸다. 형광 염료의 예외적으로 높은 성능은 감광제로서 Ir(ppy)3을 사용하는 형광 물질에 대한 이중 도핑된 호스트에서의 단일항 및 삼중항 여기 상태 둘 다의 ~100% 효율 전달로 인한 것이다.
문헌 [X. Zhu et al., Journal of Luminescence 132 (2012) 12-15]에는 상이한 루브렌 농도를 갖는 PVK계 단일-층 인광 중합체 OLED (유기 발광 다이오드)가 개시되어 있다. 제작된 장치의 구조는, ITO / PEDOT:PSS / PVK + FIr-pic (비스[(4,6-디플루오로페닐)-피리디네이토-N,C2](피콜리네이트) 이리듐(III)) + 루브렌 (5,6,11,12-테트라페닐나프타센) + OXD7/LiF/Al이었다. PVK (폴리(N-비닐카르바졸))가 정공 수송 호스트 중합체로서 사용되고, OXD7 (3-비스 (4-tert-부틸페닐-1,3,4-옥사디아조일)페닐렌)이 전자 수송 모이어티로서 사용된다. PVK:OXD7의 중량비는 2.56:1이었고, FIrpic의 중량 퍼센트는 유기물 총량의 10 wt%였다. 루브렌의 양은 FIrpic의 0 내지 10 wt%로 달라졌다. 루브렌의 2% 미만 도핑에서는, 루브렌으로부터의 발광이 거의 검출되지 않았다. 그러나, 루브렌의 4% 도핑에서는, FIrpic로부터 루브렌으로의 현저한 에너지 전달이 나타났다.
문헌 [Zisheng Su et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 125108]에는, 형광 발광체 2,5,8,11-테트라-t-부틸-페릴렌 (TBPe)의 공동-도핑에 의한 FIrpic를 기재로 하는 청색 전기인광 장치의 향상된 효율 및 색 순도가 보고되어 있다. 8 wt% FIrpic 및 0.15 wt% TBPe로 공동-도핑된 최적화 장치는 11.6 cd A-1 및 7.3 lmW-1의 최대 전류 효율 및 전력 효율을 나타내며, 이는 기준 장치의 경우에 비해 각각 20% 및 40% 증가한 것이었다.
장치는 ITO/2-TNATA (5 nm)/NPB (40 nm)/mCP : FIrpic : TBPe (30 nm)/Bphen (10 nm)/Alq3 (20 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm)의 구조를 갖는다. EML 중의 FIrpic의 도핑 농도는 8 wt%로 고정되었지만, TBPe의 농도는 0 내지 0.5 wt%로 달라졌다.
몇몇 예외가 있지만, 또한 적합한 전구체 엑시톤으로부터의 에너지 전달에 의해 형성될 수 있는 전자 여기 상태는, 3개의 하위-상태로 이루어진 삼중항 또는 단일항이다. 2개의 상태는 일반적으로 스핀 통계 기준으로 1:3의 비율로 점유되기 때문에, 결과적으로, 형광으로서 언급되는, 단일항 상태로부터의 발광은 생성된 엑시톤의 단지 25%의 최대 발광을 일으킨다. 반면, 인광으로서 언급되는, 삼중항 발광은 모든 엑시톤을 사용하여 전환시키고, 이들을 광 (삼중항 수확)으로서 발광시켜, 이 경우 내부 양자 수율이 100%의 값에 도달할 수 있도록 하며, 단 에너지에 있어 삼중항 상태 위에 있는 추가로 여기된 단일항 상태는 삼중항 상태로 완전히 이완 (계간 교차, ISC)되고, 비-복사 경쟁 과정은 미미하게 남아있다.
사용되는 삼중항 수확에 적합한 삼중항 발광체는 일반적으로 전이 금속 착물이고, 여기서 금속은 전이 금속의 제3 주기로부터 선택되고, 이는 ㎲ 범위의 발광 수명을 나타낸다. 삼중항 발광체의 긴 감쇠 시간은 삼중항 엑시톤의 상호작용 (삼중항-삼중항 소멸), 또는 삼중항-폴라론 상호작용 (삼중항-폴라론 켄칭)을 일으킨다. 이는 전류 밀도 상승에 따라 OLED 장치의 효율을 뚜렷하게 감소시킨다 (소위 "롤-오프" 거동). 예를 들면, 예를 들어 1000 cd/m2 초과의 높은 휘도가 요구되는 OLED 조명에 있어, 특히 긴 발광 수명을 갖는 발광체를 사용하는 경우에 단점이 나타난다 (문헌 [J. Kido et al., Jap. J. Appl. Phys. 2007, 46, L10.] 참조). 또한, 전자적 여기 상태의 분자는 빈번히 기저 상태에서보다 화학적으로 더욱 반응성이어서, 발광 수명의 길이에 따라 원치않는 화학 반응의 가능성이 증가한다. 이러한 원치않는 화학 반응의 발생은 장치의 수명에 부정적 영향을 준다.
따라서, 본 발명의 목적은, 삼중항 엑시톤의 100%를 사용하고 100 ns 미만의 감쇠 시간을 가능하게 하여, 발광 시스템의 안정성을 증가시키는 발광 시스템을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 예를 들어, 작은 S1-T1 분할을 갖는 발광성 유기금속 착물을 함유하는 발광 층을 형광 발광체로 도핑함으로써, 매우 효율적인 에너지 전달로 인하여 외부 양자 효율 (EQE)의 희생 없이 발광 감쇠 시간을 100 ns 훨씬 미만으로 현저히 단축시킬 수 있다 (도 1b)는 것을 발견하였다. 여기서는, 도 1a에 나타난 시나리오와 달리, 전달이 주로 공여체 분자의 단일항 상태로부터 유래된다. 추가의 긍정적 효과는 향상된 OLED 안정성 및 고휘도에서의 보다 낮은 롤-오프일 수 있다.
따라서, 본 발명은,
(a) 애노드,
(i) 캐소드, 및
(e) 2 내지 40 중량%의, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차 [Δ(ES1(X)) - (ET1(X)) < 0.2 eV]를 갖는 발광성 유기금속 착물 X,
0.05 내지 5.0 중량%의 형광 발광체 Y 및
55 내지 97.95 중량%의 호스트 화합물(들)
을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이고, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지 (ES1(X))가 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 큰 [(ES1(X)) > ES1(Y)] 것인, 애노드와 캐소드 사이의 발광 층
을 포함하는, 유기 전자 장치, 특히 유기 발광 장치에 관한 것이다.
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S 1 -T 1 -분할의 측정
S1-T1-분할을 측정하기 위해, 여기 상태 수명의 온도 의존적 측정 및 양자 화학적 계산을 포함한 조합 접근을 사용한다.
a) 실험적 접근
디클로로메탄으로부터 석영 기판 상으로의 닥터 블레이딩에 의해 PMMA (2%) 중의 발광성 유기금속 착물 X의 60 ㎛ 박막을 제조한다. 크리오스타트(cryostat) (옵티스타트(Optistat) CF, 옥스포드 인스트루먼츠(Oxford Instruments))를 사용하여 액체 헬륨으로 샘플을 냉각시킨다. 하기 온도: 4K, 10K, 20K, 30K, 50K, 75K, 100K, 150K, 200K, 250K, 300K, 350K, 375K, 400K에서 분광계 (에딘버러 인스트루먼츠(Edinburgh Instruments) FLS 920P)로 광발광 (PL) 스펙트럼 및 발광의 최대에서의 PL 감쇠 시간을 측정한다.
핏팅:
평균화된 PL 감쇠 시간의 온도 의존성은 볼츠만(Boltzmann) 분포에 따라 점유된 상이한 상태에서의 감쇠 속도 및 에너지 레벨에 대한 정보를 제공한다 (M. J. Leitl, V. A. Krylova, P. I. Djurovich, M. E. Thompson, H. Yersin J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16032-16038; T. Hofbeck, H. Yersin, Inorg. Chem. 2010, 49, 9290-9299). 2개의 점유 여기 상태를 갖는 시스템에 대하여, 하기 식이 측정 데이터 kav vs T에 대해 핏팅될 수 있다.
등식 1
3개의 점유 여기 상태를 갖는 시스템에 대해서는, 등식 2가 사용된다.
등식 2
여기서 kav는 측정으로부터 구한 감쇠 속도이고, kI, kII, kIII은 각각의 여기 상태의 감쇠 속도이고, EI,II 및 EI,III은 최저 여기 상태와 비교한 여기 상태 I 및 II의 에너지 차이고, kB는 볼츠만 상수이고, T는 온도이다.
높은 k 값 (>2*106 s-1)은, 각각의 여기 상태가 단일항일 수 있다는 지표이다. 그러나, 여기 상태의 스핀 다중도는 PL 측정에 의해 입증될 수 없기 때문에, 추가의 양자 화학적 계산을 수행하고, 이를 측정 핏팅으로부터 확인된 여기-상태 레벨과 비교하였다.
b) 양자 화학적 접근
먼저, 가능성 있는 공여체 분자의 삼중항 기하구조를, 이리듐 전이 금속 착물의 경우의 유효 코어 포텐셜 [D. Andrae, U. Haeussermann, M. Dolg, H. Stoll, and H. Preuss, Theor. Chim. Acta 77, 123 (1990)]을 포함한, 비-제한 BP86 [J.P. Perdew, Phys. Rev. B 33, 8822 (1986)] 및 [J.P. Perdew, Phys. Rev. B 33, 8822 (1986)]/SV(P) [A. Schaefer, H. Horn, and R. Ahlrichs, J. Chem. Phys. 9, 2571 (1992)]-이론 레벨로 최적화하였다. 이들 삼중항 기하구조에 기초하여, 상대론적 모든 전자 계산을 수행하여 S1-T1-분할을 구하였다. 구체적으로, 본 발명자들은 B3LYP-함수 [Becke, A.D., J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993)]를 이중 제타 성질의 모든-전자 기저 집합 [E. van Lenthe and E.J. Baerends, J. Comp. Chemistry 24, 1142 (2003)]과 조합하여 사용하였다. ZORA 접근을 통해 SCF 레벨에서 스칼라 상대론적 효과가 포함되었다 [E. van Lenthe, A.E. Ehlers and E.J. Baerends, Journal of Chemical Physics 110, 8943 (1999)]. 그 파동함수에 기초하여, 시간 의존적 밀도 함수 계산을 수행하였다 (섭동 이론을 통한 스핀 오비트 커플링 포함) [F. Wang and T. Ziegler, Journal of Chemical Physics 123, 154102 (2005)]. 이어서 마지막으로, 제1 스핀-오비트 보정된 S1-상태에 대하여 최저 T1-하위레벨의 에너지 차로서 S1-T1-분할을 구한다. ADF 프로그램 패키지 [3. ADF2009.01, SCM, Theoretical Chemistry, Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands, http://www.scm.com]를 사용하여 상대론적 계산을 수행하였으며, 기하구조 최적화에 대해서는 TURBOMOLE 프로그램 패키지 [R. Ahlrichs, M. Baer, M. Haeser, H. Horn, and C. Coelmel, Chem. Phys. Lett. 162, 165 (1989)]를 사용하였다. 본 발명에 따른, 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차는 실험적으로 구한 값이다.
본 발명은 또한, 발광의 감쇠 시간을 100 ns로 감소시키기 위한, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차 [Δ(ES1(X)) - (ET1(X)) < 0.2 eV]를 갖고, 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 큰 단일항 에너지 (ES1(X)) [(ES1(X)) > ES1(Y)]를 갖는 발광성 유기금속 착물 X 및 호스트 화합물(들)을 포함하는 발광 층의 도핑을 위한 형광 발광체 Y의 용도에 관한 것이다.
발광 수명의 측정
본 발명에 따라, 발광의 감쇠 시간은, 발광성 유기금속 착물 X (2 내지 40 중량%), 형광 발광체 Y (0.05 내지 5.0 중량%) 및 호스트 화합물(들) (55 내지 97.95 중량%)로 이루어진 박막의, τ0=τv/QY에 의해 계산되는 발광 수명 τ0이다. 제조된 박막의 양자-수율 (QY)은, 절대 PL 양자 수율 측정 시스템(Absolute PL Quantum Yield Measurement System) (하마마츠(Hamamatsu), 모델 C9920-02) (여기 파장: 310 nm)을 사용하여 적분-구 방법으로 측정된다.
제조된 박막의 여기-상태 수명 (τv)은, 10 kHz로 작동하는 310 nm의 여기 파장을 갖는 펄스형 다이오드 레이저로 박막을 여기시키고, 시간 상관 단일 광자 카운팅 (TCSPC)으로 발광을 검출함으로써 측정한다.
발광 수명 τ0은 바람직하게는 0.1 내지 80 ns, 보다 바람직하게는 0.5 내지 50 ns, 가장 바람직하게는 0.5 내지 40 ns의 범위이다.
발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차는 바람직하게는 0.1 eV 미만, 보다 바람직하게는 0.05 eV 미만이다.
바람직하게는, 발광 층은 5 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 4.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 94.9 내지 56.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다. 보다 바람직하게는, 발광 층은 10 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 3.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 89.9 내지 57.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다. 가장 바람직하게는, 발광 층은 20 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 3.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 79.9 내지 57.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다.
도 1b는 본 발명에 따라 사용되는 형광 발광체 Y (= 공여체) 및 발광성 유기금속 착물 X (수용체)의 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 PMMA 중의 형광 발광체 FE-1의 농도가 다른 2% 발광성 유기금속 착물 BE-24의 PL-스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 PMMA 중의 형광 발광체 FE-2의 농도가 다른 2% 발광성 유기금속 착물 BE-24의 PL-스펙트럼을 나타낸다.
유기 발광 장치의 적합한 구조는 관련 기술분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 이를 하기에서 구체화한다.
기판은 요망되는 구조적 특성을 제공하는 임의의 적합한 기판일 수 있다. 기판은 가요성 또는 강성일 수 있다. 기판은 투명, 반투명 또는 불투명할 수 있다. 플라스틱 및 유리가 바람직한 강성 기판 물질의 예이다. 플라스틱 및 금속 호일이 바람직한 가요성 기판 물질의 예이다. 기판은 회로 제작을 용이하게 하기 위해 반도체 물질일 수 있다. 예를 들어, 기판은, 이후에 기판 상에 침착되는 유기 발광 장치 (OLED)를 제어할 수 있는, 회로가 그 위에 제작되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 다른 기판이 사용될 수 있다. 기판의 물질 및 두께는 요망되는 구조 및 광학적 특성이 얻어지도록 선택될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 유기 발광 장치는
(a) 애노드,
(b) 임의로 정공 주입 층,
(c) 임의로 정공 수송 층,
(d) 임의로 엑시톤 차단 층
(e) 발광성 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)을 포함하는 발광 층,
(f) 임의로 정공/엑시톤 차단 층
(g) 임의로 전자 수송 층,
(h) 임의로 전자 주입 층, 및
(i) 캐소드
를 이 순서대로 포함한다.
특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 유기 발광 장치는
(a) 애노드,
(b) 임의로 정공 주입 층,
(c) 정공 수송 층,
(d) 엑시톤 차단 층
(e) 발광성 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)을 포함하는 발광 층,
(f) 정공/엑시톤 차단 층
(g) 전자 수송 층, 및
(h) 임의로 전자 주입 층, 및
(i) 캐소드
를 이 순서대로 포함한다.
이들 다양한 층의 특성 및 기능, 뿐만 아니라 예시 물질은 선행 기술로부터 공지되어 있고, 이를 하기에서 바람직한 실시양태에 기초하여 보다 상세히 설명한다.
애노드 (a):
애노드는 양전하 캐리어를 제공하는 전극이다. 이는, 예를 들어, 금속, 상이한 금속의 혼합물, 금속 합금, 금속 산화물 또는 상이한 금속 산화물의 혼합물을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 별법으로, 애노드는 전도성 중합체일 수 있다. 적합한 금속은 원소 주기율표의 11, 4, 5 및 6족의 금속, 및 또한 8 내지 10족의 전이 금속을 포함한다. 애노드가 투명해야 하는 경우, 원소 주기율표의 12, 13 및 14족의 혼합 금속 산화물, 예를 들어 산화인듐주석 (ITO)이 일반적으로 사용된다. 또한, 애노드 (a)는 유기 물질, 예를 들어 폴리아닐린 (예를 들어 문헌 [Nature, Vol. 357, pages 477 to 479 (June 11, 1992)]에 기재됨)을 포함할 수 있다. 바람직한 애노드 물질은 전도성 금속 산화물, 예컨대 산화인듐주석 (ITO) 및 산화인듐아연 (IZO), 산화알루미늄아연 (AlZnO), 및 금속을 포함한다. 애노드 (및 기판)는 배면-발광 장치를 생성하도록 충분히 투명할 수 있다. 바람직한 투명 기판 및 애노드 조합은 상업적으로 입수가능한, 유리 또는 플라스틱 (기판) 상에 침착된 ITO (애노드)이다. 일부 전면-발광 장치에 대해서는, 장치의 전면으로부터 방출되는 광량을 증가시키기 위해, 반사성 애노드가 바람직할 수 있다. 형성된 광을 방출시킬 수 있기 위해서는 적어도 애노드 또는 캐소드 중 어느 한쪽은 적어도 부분적으로 투명하여야 한다. 다른 애노드 물질 및 구조가 사용될 수 있다.
정공 주입 층 (b):
일반적으로, 주입 층은, 하나의 층, 예컨대 전극 및 전하 생성 층으로부터 인접한 유기 층으로의 전하 캐리어의 주입을 향상시킬 수 있는 물질로 구성된다. 주입 층은 또한, 전하 수송 기능을 수행할 수 있다. 정공 주입 층은, 애노드로부터 인접한 유기 층으로의 정공의 주입을 향상시키는 임의의 층일 수 있다. 정공 주입 층은 용액 침착 물질, 예컨대 스핀-코팅 중합체를 포함할 수 있거나, 또는 이는 증착 소분자 물질, 예컨대 CuPc 또는 MTDATA일 수 있다. 폴리(N-비닐카르바졸) (PVK), 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 자가-도핑 중합체, 예컨대 술폰화된 폴리(티오펜-3-[2[(2-메톡시에톡시)에톡시]-2,5-디일) (플렉스트로닉스(Plextronics)로부터 상업적으로 입수가능한 플렉스코어(Plexcore)® OC 전도성 잉크), 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트) (또한 PEDOT/PSS라 불림) 등의 공중합체와 같은 중합체 정공-주입 물질이 사용될 수 있다.
정공 수송 층 (c):
정공-수송 분자 또는 중합체가 정공 수송 물질로서 사용될 수 있다. 본 발명의 OLED의 층 (c)에 적합한 정공 수송 물질은, 예를 들어, 문헌 [Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Edition, Vol. 18, pages 837 to 860, 1996], US20070278938, US2008/0106190, US2011/0163302 (트리아릴아민과 (디)벤조티오펜/(디)벤조푸란; [Nan-Xing Hu et al., Synth. Met. 111 (2000) 421] (인돌로카르바졸), WO2010002850 (치환된 페닐아민 화합물) 및 WO2012/16601 (특히 WO2012/16601의 페이지 16 및 17에 언급된 정공 수송 물질)에 개시되어 있다. 상이한 정공 수송 물질의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, WO2013/022419 (여기서는,
및 이 정공 수송 층을 구성함)를 참조한다.
통상적으로 사용되는 정공-수송 분자는, (4-페닐-N-(4-페닐페닐)-N-[4-[4-(N-[4-(4-페닐페닐)페닐]아닐리노)페닐]페닐]아닐린), (4-페닐-N-(4-페닐페닐)-N-[4-[4-(4-페닐-N-(4-페닐페닐)아닐리노)페닐]페닐]아닐린), (4-페닐-N-[4-(9-페닐카르바졸-3-일)페닐]-N-(4-페닐페닐)아닐린), (1,1',3,3'-테트라페닐스피로[1,3,2-벤조디아자실롤-2,2'-3a,7a-디히드로-1,3,2-벤조디아자실롤]), (N2,N2,N2',N2',N7,N7,N7',N7'-옥타키스(p-톨릴)-9,9'-스피로비[플루오렌]-2,2',7,7'-테트라민), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (α-NPD), N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민 (TPD), 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산 (TAPC), N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-비스(4-에틸페닐)-[1,1'-(3,3'-디메틸)비페닐]-4,4'-디아민 (ETPD), 테트라키스(3-메틸페닐)-N,N,N',N'-2,5-페닐렌디아민 (PDA), α-페닐-4-N,N-디페닐아미노스티렌 (TPS), p-(디에틸아미노)벤즈알데히드 디페닐히드라존 (DEH), 트리페닐아민 (TPA), 비스[4-(N,N-디에틸아미노)-2-메틸페닐](4-메틸페닐)메탄 (MPMP), 1-페닐-3-[p-(디에틸아미노)스티릴]-5-[p-(디에틸아미노)페닐]피라졸린 (PPR 또는 DEASP), 1,2-트랜스-비스(9H-카르바졸-9-일)-시클로부탄 (DCZB), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민 (TTB), 플루오린 화합물, 예컨대 2,2',7,7'-테트라(N,N-디-톨릴)아미노-9,9-스피로비플루오렌 (스피로-TTB), N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-9,9-스피로비플루오렌 (스피로-NPB) 및 9,9-비스(4-(N,N-비스-비페닐-4-일-아미노)페닐-9H-플루오렌, 벤지딘 화합물, 예컨대 N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)벤지딘 및 포르피린 화합물, 예컨대 구리 프탈로시아닌으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 추가로, 폴리(N-비닐카르바졸) (PVK), 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 자가-도핑 중합체, 예컨대 술폰화된 폴리(티오펜-3-[2[(2-메톡시에톡시)에톡시]-2,5-디일) (플렉스트로닉스로부터 상업적으로 입수가능한 플렉스코어® OC), 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트) (또한 PEDOT/PSS라 불림) 등의 공중합체와 같은 중합체 정공-주입 물질이 사용될 수 있다.
바람직한 실시양태에서는, 정공 수송 물질로서 금속 카르벤 착물을 사용할 수 있다. 적합한 카르벤 착물은, 예를 들어, WO2005/019373A2, WO2006/056418 A2, WO2005/113704, WO2007/115970, WO2007/115981, WO2008/000727 및 WO2014/147134에 기재된 카르벤 착물이다. 적합한 카르벤 착물의 일례는 화학식: 을 갖는 Ir(DPBIC)3)이다. 적합한 카르벤 착물의 또 다른 예는 화학식: 를 갖는 Ir(ABIC)3이다.
정공-수송 층은 또한, 사용되는 물질의 수송 특성을 향상시키기 위해, 첫째로는 층 두께를 보다 넉넉하게 하기 위해 (핀홀/단락을 피함), 또한 둘째로는 장치의 작동 전압을 최소화하기 위해 전자 도핑될 수 있다. 전자 도핑은 관련 기술분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 이는 예를 들어 문헌 [W. Gao, A. Kahn, J. Appl. Phys., Vol. 94, 2003, 359] (p-도핑된 유기 층); [A. G. Werner, F. Li, K. Harada, M. Pfeiffer, T. Fritz, K. Leo, Appl. Phys. Lett., Vol. 82, No. 25, 2003, 4495] 및 [Pfeiffer et al., Organic Electronics 2003, 4, 89 - 103] 및 [K. Walzer, B. Maennig, M. Pfeiffer, K. Leo, Chem. Soc. Rev. 2007, 107, 1233] 에 개시되어 있다. 예를 들어, 정공-수송 층에 혼합물, 특히 정공-수송 층의 전기 p-도핑을 유도하는 혼합물을 사용할 수 있다. p-도핑은 산화 물질의 첨가에 의해 달성된다. 이들 혼합물은, 예를 들어, 하기 혼합물일 수 있다: 상기 언급된 정공 수송 물질과 하나 이상의 금속 산화물, 예를 들어 MoO2, MoO3, WOx, ReO3 및/또는 V2O5, 바람직하게는 MoO3 및/또는 ReO3, 보다 바람직하게는 MoO3의 혼합물, 또는 상기 언급된 정공 수송 물질 및 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄 (TCNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄 (F4-TCNQ), 2,5-비스(2-히드록시에톡시)-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 비스(테트라-n-부틸암모늄)테트라시아노디페노퀴노디메탄, 2,5-디메틸-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 테트라시아노에틸렌, 11,11,12,12-테트라시아노나프토2,6-퀴노디메탄, 2-플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노-디메탄, 2,5-디플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 디시아노메틸렌-1,3,4,5,7,8-헥사플루오로-6H-나프탈렌-2-일리덴)말로노니트릴 (F6-TNAP), Mo(tfd)3 (Kahn et al., J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (35), 12530-12531), EP1988587, US2008265216, EP2180029, US20100102709, WO2010132236, EP2180029에 기재된 화합물 및 EP2401254에서 언급된 퀴논 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 혼합물. 바람직한 혼합물은 상기 언급된 카르벤 착물, 예컨대 카르벤 착물 HTM-1 및 HTM-2, 및 MoO3 및/또는 ReO3, 특히 MoO3을 포함한다. 특히 바람직한 실시양태에서, 정공 수송 층은 0.1 내지 10 wt%의 MoO3 및 90 내지 99.9 wt%의 카르벤 착물, 특히 카르벤 착물 HTM-1 및 HTM-2를 포함하며, 여기서 MoO3 및 카르벤 착물의 총량은 100 wt%이다.
엑시톤 차단 층 (d):
발광 층에서 나오는 전하 캐리어 (전자 또는 정공) 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 차단 층이 사용될 수 있다. 전자/엑시톤 차단 층 (d)은, 정공 수송 층 (c)의 방향으로 발광 층 (e)으로부터의 전자를 차단하기 위해, 발광 층 (e)과 정공 수송 층 (c) 사이에 배치될 수 있다. 차단 층은 또한, 발광 층으로부터의 확산으로부터의 엑시톤을 차단하기 위해 사용될 수 있다. 전자/엑시톤 블로커 물질로서 사용하기에 적합한 금속 착물은, 예를 들어, WO2005/019373A2, WO2006/056418A2, WO2005/113704, WO2007/115970, WO2007/115981, WO2008/000727 및 WO2014/147134에 기재된 카르벤 착물이다. 여기서는 인용된 WO 출원의 개시내용을 명백히 참조하며, 이들 개시내용은 본 출원의 내용에 포함되는 것으로 여겨진다. 적합한 카르벤 착물의 일례는 화합물 HTM-1이다. 적합한 카르벤 착물의 또 다른 예는 화합물 HTM-2이다.
발광 층 (e)
장치는 발광 층 (e)를 포함한다.
발광 층은,
2 내지 40 중량%의, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차를 갖는 발광성 유기금속 착물 X,
0.05 내지 5 중량%의 형광 발광체 Y 및
55 내지 97.95 중량%의 호스트 화합물(들)
을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이고, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지 (ES1(X))가 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 크다.
발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차는 바람직하게는 0.1 eV 미만, 보다 바람직하게는 0.05 eV 미만이다.
바람직하게는, 발광 층은 5 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 4.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 94.9 내지 56.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다. 보다 바람직하게는, 발광 층은 10 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 3.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 89.9 내지 57.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다. 가장 바람직하게는, 발광 층은 20 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 3.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 79.9 내지 57.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다.
발광성 유기금속 착물 (= 공여체):
발광성 유기금속 착물 X는 0.2 eV 미만, 특히 0.1 eV 미만, 매우 특히 0.05 eV 미만의 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태의 차 [Δ(ES1(X)) - (ET1(X)) < 0.2 eV]를 갖는다. 따라서, 이 기준을 만족시키는 모든 유기금속 착물이 원칙적으로 발광성 유기금속 착물 X로서 적합하다. 상기에 언급된 요건을 만족시키는 가장 적절한 구조를 확인하도록 돕는 기준을 하기에서 설명한다.
i) 공여체로부터 수용체로의 빠른 에너지 전달을 위해, 공여체 분자에서의 S1-상태의 상당한 점유도가 필수적 조건이다. 이는 공여체 분자에서의 매우 작은 S1-T1-분할을 필요로 한다. 이들 작은 분할을 얻기 위해, 공여체에서의 여기 상태의 형성에 관여하는 경계 오비탈 (전형적으로 HOMO 및 LUMO)은 공간적으로 상이한 분자의 영역 내에서 국소화되어야 하고, 이는 따라서 오비탈 오버랩의 소실로 인해 교환 적분 K를 최소화한다. 단일음이온 두자리 리간드를 포함하는 동종리간드(homoleptic) 이리듐-착물에서, 리간드간 전이를 유도하여 상기에 기재된 바와 같은 공간의 상이한 영역 내에 전자를 국소화하기 위해 리간드의 퇴화가 상승하여야 한다. 바람직한 방법은, C1-대칭 자오선 착물 (여기서는 모든 3개의 리간드가 상이한 결합 환경 및 그에 따라 상이한 에너지를 가짐)의 합성이다. 단일음이온 두자리 리간드를 포함하는 면 이종리간드(heteroleptic) 이리듐-착물을 사용하여, 상이한 전자 레벨을 갖는 리간드를 선택함으로써 리간드간 전이를 유도할 수도 있다.
양자 효율에 대한 중요한 손실 채널은 공여체 분자로부터 형광 수용체로의 T1-엑시톤의 직접적 전달에 기인할 수 있다. 상기에 기재된 바와 같이 공여체 시스템에서의 현저한 단일항 점유도가 기대되기는 하나, 여전히 일부 삼중항 점유도가 존재할 것이다. 덱스터(Dexter)-메커니즘에 따른 삼중항-전달 (D. L. Dexter, J. Chem. Phys., 21, 836 (1953))은 공여체와 수용체 사이의 전자 교환 메커니즘에 기초한 단범위 과정이다. 교환 상호작용이 커지기 위해서는, 공여체와 수용체의 HOMO의 우수한 오버랩 및 동시에 공여체와 수용체의 LUMO의 오버랩이 요구된다. 또한 이와 관련하여서는, HOMO와 LUMO 사이의 공간적 분리가 유리하다. 여기서 표준 양자 화학 계산 (DFT)은 명확한 안내를 제공할 수 있다. 예를 들어, BE-24의 오비탈 구조는 국소화되고, Ir(ppy)3의 오비탈 구조는 B3LYP/DZP-이론 레벨에 따라 비-국소화된다.
ii) 제1 선택 기준 i)에 따른 유기금속 착물 X의 선택 후, S1-T1-분할을 예측하기 위한 양자 화학적 계산이 수행되어야 한다.
iii) 양자 화학적으로 계산된 S1-T1-분할은 온도 의존적 발광 수명 측정에 의해 확인된다.
본 발명의 하나의 실시양태에서, 발광성 유기금속 착물 X는 발광성 이리듐 착물이다. 적합한 발광성 이리듐 착물은 하기 공개물에 구체화되어 있다: WO2006/056418A2, WO2007/115970, WO2007/115981, WO2008/000727, WO2009050281, WO2009050290, WO2011051404, US2011/057559 WO2011/073149, WO2012/121936A2, US2012/0305894A1, WO2012/170571, WO2012/170461, WO2012/170463, WO2006/121811, WO2007/095118, WO2008/156879, WO2008/156879, WO2010/068876, US2011/0057559, WO2011/106344, US2011/0233528, WO2012/048266, WO2012/172482 및 유럽 특허 출원 번호 14162805.7.
바람직하게는, 발광성 유기금속 이리듐 착물 X는 발광성 동종리간드 자오선 이리듐 카르벤 착물, 또는 발광성 이종리간드 이리듐 카르벤 착물이다.
발광성 이리듐 착물은 바람직하게는, 예를 들어, WO2011/073149, US2012/0305894, WO2012121936 및 WO2012/172482에 기재되어 있는 화학식:
의 화합물 (여기서, 리간드(들)은 각각 두자리 리간드이고;
R1은 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 3 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 시클로알킬 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 6 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 아릴 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 총 5 내지 18개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 헤테로아릴 라디칼이고,
R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 3 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 시클로알킬 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 6 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 아릴 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 총 5 내지 18개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 헤테로아릴 라디칼, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기이거나, 또는
R2와 R3 또는 R3과 R4는 이들이 결합된 탄소 원자와 함께, 임의로 하나 이상의 추가의 헤테로원자가 개재되고 총 5 내지 18개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 임의로 치환된, 포화 또는 불포화 또는 방향족 고리를 형성하고, 이는 임의로, 임의로 하나 이상의 추가의 헤테로원자가 개재되고 총 5 내지 18개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 하나 이상의 추가의 임의로 치환된 포화 또는 불포화 또는 방향족 고리에 융합될 수 있고,
R6, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 3 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 시클로알킬 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 3 내지 20개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 헤테로시클로알킬 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 6 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 아릴 라디칼, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 임의로 하나 이상의 관능기를 갖고 총 5 내지 18개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 치환된 또는 비-치환된 헤테로아릴 라디칼, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기이거나, 또는 R6과 R7, R7과 R8 또는 R8과 R9는 이들이 결합된 탄소 원자와 함께, 임의로 하나 이상의 헤테로원자가 개재되고 총 5 내지 18개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 포화, 불포화 또는 방향족의, 임의로 치환된 고리를 형성하고, 이는 임의로, 임의로 하나 이상의 추가의 헤테로원자가 개재되고 총 5 내지 18개의 탄소 원자 및/또는 헤테로원자를 갖는 하나 이상의 추가의 임의로 치환된 포화 또는 불포화 또는 방향족 고리에 융합될 수 있고,
L은 단일음이온 두자리 리간드이고,
*
*n은 1, 2 또는 3이고,
o는 0, 1 또는 2이고, 여기서 o가 2인 경우, L 리간드는 동일하거나 상이할 수 있음)이다.
동종리간드 금속-카르벤 착물은 면 또는 자오선 이성질체의 형태로 존재할 수 있고, 여기서는 자오선 이성질체가 바람직하다.
따라서, 본 발명의 특히 바람직한 실시양태는, 발광성 유기금속 착물 X로서 화학식 IXa, IXb, 또는 IXc의 하나 이상의 동종리간드 금속-카르벤 착물을 포함하는 OLED에 관한 것이고, 여기서 화학식 IXa, IXb, 또는 IXc의 동종리간드 금속-카르벤 착물은 바람직하게는 그의 자오선 이성질체 형태로 사용된다.
이종리간드 금속-카르벤 착물의 경우, 4종의 상이한 이성질체가 존재할 수 있다.
특히 바람직한 발광성 이리듐 착물의 예는, 제6항의 화합물 (BE-35a), (BE-1) 내지 (BE-37)이다. 추가로, 유럽 특허 출원 번호 14162805.7에 기재된 발광성 이리듐 착물이 바람직하다. 유럽 특허 번호 14162805.7에 기재된 발광성 이리듐 착물 중, 화학식:
(여기서, X 및 Y는 서로 독립적으로 CH 또는 N이며, 단 X 및 Y 중 적어도 하나는 N이고;
R23, R24, R27 및 R28은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, OCH3, OCF3; 페닐, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐, 카르바졸릴, 디벤조푸라닐, 디벤조티오페닐, 벤조푸라닐 및 벤조티오페닐 (여기서, 상기 언급된 라디칼은 비-치환되거나 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 메톡시, CF3 또는 페닐로 치환될 수 있음); F, CF3, CN 및 SiPh3으로부터 선택된, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기이고;
R25는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, OCH3, OCF3; 페닐, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐 (여기서, 상기 언급된 라디칼은, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 메톡시 또는 페닐로 치환, 바람직하게는 일치환되거나 비-치환될 수 있음); CF3 및 CN으로부터 선택된, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기임)의 이리듐 착물이 보다 바람직하다.
발광성 금속 착물로서 유리하게 사용될 수 있는, 유럽 특허 번호 14162805.7에 기재된 이리듐 착물의 예를 하기에 나타낸다.
발광성 동종리간드 자오선 이리듐 카르벤 착물이 바람직하다.
발광성 이리듐 착물 (BE-1) 내지 (BE-58) 중, 발광성 이리듐 착물 (BE-2), (BE-3), (BE-24) 및 (BE-25) 내지 (BE-58)이 보다 바람직하다.
동종리간드 금속-카르벤 착물은 면 또는 자오선 이성질체의 형태로 존재할 수 있고, 자오선 이성질체가 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시양태에서, 발광성 유기금속 착물 X는 0.2 eV, 특히 0.1 eV, 매우 특히 0.05 eV 미만의 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차를 갖는 발광성 구리 착물이다. 이러한 발광성 구리 착물은, 예를 들어, US2013264518, US2013150581, WO2013017675, WO2013007707, WO2013001086, WO2012156378, US2013025649, WO2013072508 및 EP2543672에 기재되어 있다.
US2013264518 및 WO2013007707에는, 최저 여기 단일항 상태 (S1)와 그 아래의 삼중항 상태 (T1) 사이의 ΔE(S1-T1) 값이 2500 cm-1 미만인 유기 발광체 분자가 개시되어 있다.
US2013150581에는, 화학식:
(여기서, M: Cu(I);
: 두자리 리간드에 의해 단일 음으로 대전됨;
: R 및 FG로 치환된 디이민 리간드, 특히 치환된 2,2'-비피리딘-유도체 (bpy) 또는 1,10-페난트롤린-유도체 (phen);
R: 여기 상태에서 평면화에 대한 구리(I) 착물의 기하구조 변화를 막기 위한 하나 이상의 입체적 요구성 치환체;
FG=관능기: 적어도 전자 전도 및 유기 용매 중에서의 용해도 증가를 위한 제2 치환체, 또는 적어도 정공 전도 및 유기 용매 중에서의 용해도 증가를 위한 제2 치환체 (여기서, 관능기는 디이민 리간드에 직접 또는 브릿지를 통해 결합됨)에 따른 구조를 가지며;
여기서, 구리(I) 착물은
최저 여기 단일항 (S1)-상태와 하부의 삼중항 (T1)-상태 사이의 ΔE(S1-T1)-값이 2500 cm-1 미만이고;
발광 감쇠 시간이 최대 20 ㎲이고;
발광 양자 수율이 40%로 크고,
유기 용매 중에서의 용해도가 1 g/L 이상인,
발광을 위한 중성 단핵 구리(I) 착물이 개시되어 있다.
WO2013017675에는, 이량체 구리 착물:
(여기서, Cu: Cu(I), X: Cl, Br, I, SCN, CN, 및/또는 알키닐, 및 : N-헤테로사이클로 치환된 포스판 리간드)이 개시되어 있다.
WO2013072508에는, 화학식:
(여기서, X* = Cl, Br, I, CN, OCN, SCN, 알키닐, 및/또는 N3이고,
*= 두자리 리간드이고, 여기서 E = 형태 R2E (여기서, R = 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 알콕실, 페녹실, 또는 아미드)의 포스파닐/아르세닐/안티모닐 기이고;
N* = 피리딜, 피리다지닐, 피리미딜, 피라지닐, 트리아지닐, 테트라지닐, 옥사졸릴, 티아졸릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 이속사졸릴, 이소티아졸릴, 1,2,3-트리아졸릴, 1,2,4-트리아졸릴, 1,2,4-옥사디아졸릴, 1,2,4-티아디아졸릴, 테트라졸릴, 1,2,3,4-옥사트리아졸릴, 1,2,3,4-티아트리아졸릴, 키놀릴, 이소키놀릴, 키녹살릴, 및 키나졸릴로부터 선택된 방향족 기의 성분인 이민 관능기이고, 이는 임의로 추가로 치환되고/거나 고리화되고;
"" = 또한 방향족 기의 성분인 하나 이상의 탄소 원자이고, 상기 탄소 원자는 아민 질소 원자에 뿐만 아니라 인, 비소, 또는 안티몬 원자에 직접 인접하는 것으로 나타나고, L은 특정한 한자리 또는 두자리 리간드를 나타냄)의 구리(I) 착물, 예컨대 제9항에 나타낸 구리 착물 (Cu-3), (Cu-4) 및 (Cu-5)가 기재되어 있다.
EP2543672에는, 화학식:
(여기서, X* : Cl, Br, I, CN 및/또는 SCN;
= 두자리 리간드이고, 여기서 E = 형태 R2E (여기서, R = 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 알콕실, 페녹실, 또는 아미드)의 포스파닐/아르세닐 기이고;
N* = 옥사졸릴, 이미다졸릴, 티아졸릴, 이속사졸릴, 이소티아졸릴, 피라졸릴, 1,2,3-트리아졸릴, 1,2,3-옥사디아졸릴, 1,2,5-옥사디아졸릴, 1,2,3-티아디아졸릴, 및 1,2,5-티아디아졸릴로부터 선택된 N-헤테로방향족 5원 고리의 성분인 이민 관능기이고;
"" = 또한 방향족 기의 성분인 하나 이상의 탄소 원자이고, 상기 탄소 원자는 아민 질소 원자에 뿐만 아니라 인, 또는 비소 원자에 직접 인접하는 것으로 나타남)의 구리(I) 착물, 예컨대 제9항에 나타낸 구리 착물 (Cu-2)가 기재되어 있다.
WO2013001086은, 화학식:
(여기서, X* = Cl, Br, I, CN, SCN, 알키닐, 및/또는 N3 (서로 독립적으로); = 두자리 리간드이고, 여기서 E = 형태 R2E (여기서, R = 알킬, 아릴, 알콕실, 페녹실, 또는 아미드)의 포스파닐/아르세닐 기이고; N* = 피라졸, 이속사졸, 이소티아졸, 트리아졸, 옥사디아졸, 티아디아졸, 테트라졸, 옥사트리아졸, 및 티아트리아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 N-헤테로방향족 5-고리의 성분인 이민 관능기이고; "n" = 또한 방향족 기의 성분인 하나 이상의 탄소 원자이고, 상기 탄소 원자는 이민 질소 원자에 뿐만 아니라 인 또는 비소 원자에 직접 인접하여 위치함)의 구리(I) 착물에 관한 것이다.
본 발명에 따라 유리하게 사용될 수 있는 발광성 구리 착물의 예는, 제10항에 나타낸 화합물 (Cu-1) 내지 (Cu-9)이다.
추가의 발광성 구리 착물은, 예를 들어, 문헌 [Hartmut Yersin et al., J. Am. Chem. Soc. 136 (2014) 16032-6038], [M. Hashimoto et al., J. Am. Chem. Soc. 133 (2011) 10348-10351], [S. Harkins et al., J. Am. Chem. Soc. 130 (2008) 3478-3485] 및 [S. Harkins et al., J. Am. Chem. Soc. 132 (2010) 9499-9508]에 기재되어 있다.
및
구리 착물 (Cu-1) 내지 (Cu-11)은 형광 발광체 (FE-1), (FE-2), (FE-6), (FE-7), (FE-8) 및 (FE-9)와 조합하여 유리하게 사용될 수 있다.
추가로, WO2014109814에 기재된 작은 S1-T1 분할을 갖는 Pd 및 Pt 착물이 발광성 금속 착물로서 사용될 수 있다.
호스트 화합물:
효율적인 발광을 위해, 호스트 물질의 삼중항 에너지가 사용되는 발광성 유기금속 착물 X의 삼중항 에너지보다 커야한다. 따라서, 사용되는 발광성 유기금속 착물 X에 대하여 이러한 요건을 만족시키는 모든 호스트 물질이 원칙적으로 호스트로서 적합하다.
카르바졸 유도체, 예를 들어 4,4'-비스(카르바졸-9-일)-2,2'-디메틸비페닐 (CDBP), 4,4'-비스(카르바졸-9-일)비페닐 (CBP), 1,3-비스(N-카르바졸릴)벤젠 (mCP), 및 하기 특허 출원: WO2008/034758, WO2009/003919에 구체화된 호스트 물질이 호스트 화합물로서 적합하다.
소분자 또는 언급된 소분자의 (공)중합체일 수 있는 추가의 적합한 호스트 물질이 하기 공개물에 구체화되어 있다: WO2007108459 (H-1 내지 H-37), 바람직하게는 H-20 내지 H-22 및 H-32 내지 H-37, 가장 바람직하게는 H-20, H-32, H-36, H-37, WO2008035571 A1 (호스트 1 내지 호스트 6), JP2010135467 (화합물 1 내지 46 및 호스트-1 내지 호스트-39 및 호스트-43), WO2009008100 화합물 No. 1 내지 No. 67, 바람직하게는 No. 3, No. 4, No. 7 내지 No. 12, No. 55, No. 59, No. 63 내지 No. 67, 보다 바람직하게는 No. 4, No. 8 내지 No. 12, No. 55, No. 59, No. 64, No. 65, 및 No. 67, WO2009008099 화합물 No. 1 내지 No. 110, WO2008140114 화합물 1-1 내지 1-50, WO2008090912 화합물 OC-7 내지 OC-36 및 Mo-42 내지 Mo-51의 중합체, JP2008084913 H-1 내지 H-70, WO2007077810 화합물 1 내지 44, 바람직하게는 1, 2, 4-6, 8, 19-22, 26, 28-30, 32, 36, 39-44, WO201001830 단량체 1-1 내지 1-9, 바람직하게는 1-3, 1-7, 및 1-9의 중합체, WO2008029729 화합물 1-1 내지 1-36 (그의 중합체), WO20100443342 HS-1 내지 HS-101 및 BH-1 내지 BH-17, 바람직하게는 BH-1 내지 BH-17, JP2009182298 단량체 1 내지 75 기재의 (공)중합체, JP2009170764, JP2009135183 단량체 1 내지 14 기재의 (공)중합체, WO2009063757 바람직하게는 단량체 1-1 내지 1-26 기재의 (공)중합체, WO2008146838 화합물 a-1 내지 a-43 및 1-1 내지 1-46, JP2008207520 단량체 1-1 내지 1-26 기재의 (공)중합체, JP2008066569 단량체 1-1 내지 1-16 기재의 (공)중합체, WO2008029652 단량체 1-1 내지 1-52 기재의 (공)중합체, WO2007114244 단량체 1-1 내지 1-18 기재의 (공)중합체, JP2010040830 화합물 HA-1 내지 HA-20, HB-1 내지 HB-16, HC-1 내지 HC-23 및 단량체 HD-1 내지 HD-12 기재의 (공)중합체, JP2009021336, WO2010090077 화합물 1 내지 55, WO2010079678 화합물 H1 내지 H42, WO2010067746, WO2010044342 화합물 HS-1 내지 HS-101 및 폴리(Poly)-1 내지 폴리-4, JP2010114180 화합물 PH-1 내지 PH-36, US2009284138 화합물 1 내지 111 및 H1 내지 H71, WO2008072596 화합물 1 내지 45, JP2010021336 화합물 H-1 내지 H-38, 바람직하게는 H-1, WO2010004877 화합물 H-1 내지 H-60, JP2009267255 화합물 1-1 내지 1-105, WO2009104488 화합물 1-1 내지 1-38, WO2009086028, US2009153034, US2009134784, WO2009084413 화합물 2-1 내지 2-56, JP2009114369 화합물 2-1 내지 2-40, JP2009114370 화합물 1 내지 67, WO2009060742 화합물 2-1 내지 2-56, WO2009060757 화합물 1-1 내지 1-76, WO2009060780 화합물 1-1 내지 1-70, WO2009060779 화합물 1-1 내지 1-42, WO2008156105 화합물 1 내지 54, JP2009059767 화합물 1 내지 20, JP2008074939 화합물 1 내지 256, JP2008021687 화합물 1 내지 50, WO2007119816 화합물 1 내지 37, WO2010087222 화합물 H-1 내지 H-31, WO2010095564 화합물 호스트(HOST)-1 내지 호스트-61, WO2007108362, WO2009003898, WO2009003919, WO2010040777, US2007224446, WO06128800, WO2012014621, WO2012105310, WO2012/130709 및 유럽 특허 출원 EP12175635.7 및 EP12185230.5. 및 EP12191408.9 (특히 EP12191408.9의 페이지 25 내지 29).
상기 언급된 소분자가 상기 언급된 소분자의 (공)중합체보다 바람직하다.
추가의 적합한 호스트 물질은 WO2011137072 (예를 들어, 및 ; 최선의 결과는 상기 화합물이 과 조합되는 경우에 나타남); WO2012048266 (예를 들어, 및 ); WO2012162325 (예를 들어, 및 ); 및 EP2551932 (예를 들어, 및 )에 기재되어 있다.
특히 바람직한 실시양태에서는, 하기에 구체화되는 화학식 X의 하나 이상의 화합물이 호스트 물질로서 사용된다.
상기 식에서,
X는 NR, S, O 또는 PR*이고;
R*은 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 시클로알킬, 또는 헤테로시클로알킬이고;
A200은 -NR206R207, -P(O)R208R209, -PR210R211, -S(O)2R212, -S(O)R213, -SR214, 또는 -OR215이고;
R221, R222 및 R223은 서로 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 시클로알킬, 또는 헤테로시클로알킬이고, 여기서 R221, R222, 또는 R223 기 중 적어도 하나는 아릴, 또는 헤테로아릴이고;
R224 및 R225는 서로 독립적으로 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, A200 기, 또는 공여체 또는 수용체 특징을 갖는 기이고;
n2 및 m2는 서로 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이고;
R206 및 R207은 질소 원자와 함께 3 내지 10개의 고리 원자를 갖는 시클릭 잔기를 형성하고, 이는 비-치환될 수 있거나, 또는 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 공여체 또는 수용체 특징을 갖는 기로부터 선택된 하나 이상의 치환체로 치환될 수 있고/거나; 3 내지 10개의 고리 원자를 갖는 하나 이상의 추가의 시클릭 잔기로 고리화될 수 있고, 여기서 고리화된 잔기는 비-치환될 수 있거나, 또는 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴 및 공여체 또는 수용체 특징을 갖는 기로부터 선택된 하나 이상의 치환체로 치환될 수 있고;
R208, R209, R210, R211, R212, R213, R214 및 R215는 서로 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 시클로알킬, 또는 헤테로시클로알킬이다.
예를 들어,
등의, 화학식 X의 화합물이 WO2010079051 (특히 페이지 19 내지 26에, 또한 페이지 27 내지 34, 35 내지 37 및 42 내지 43의 표)에 기재되어 있다.
*디벤조푸란 기재의 추가의 호스트 물질은, 예를 들어, US2009066226, EP1885818B1, EP1970976, EP1998388 및 EP2034538에 기재되어 있다. 특히 바람직한 호스트 물질의 예를 하기에 나타낸다.
상기 언급된 화합물에서, T는 O 또는 S, 바람직하게는 O이다. T가 분자에서 1회 초과로 나타나는 경우, 모든 T 기는 동일한 의미를 갖는다. 청구항 12에 나타낸 화합물 SH-1 내지 SH-11이 가장 바람직하다.
형광 발광체 (= 수용체):
형광 발광체는 바람직하게는, 스티릴아민 유도체, 인데노플루오렌 유도체, 다환방향족 화합물, 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크산텐 유도체, 페릴렌 유도체, 페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 아릴피렌 유도체, 아릴렌비닐렌 유도체, 루브렌 유도체, 쿠마린 유도체, 로다민 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 디시아노메틸렌피란 유도체, 티오피란, 폴리메틴 유도체, 피릴륨 및 티아피릴륨 염, 페리플란텐 유도체, 인데노페릴렌 유도체, 비스(아지닐)이민보론 화합물, 비스(아지닐)메틴 화합물, 카르보스티릴 화합물, 모노스티릴아민, 디스티릴아민, 트리스티릴아민, 테트라스티릴아민, 스티릴포스핀, 스티릴 에테르, 아릴아민, 인데노플루오렌아민 및 인데노플루오렌디아민, 벤조인데노플루오렌아민, 벤조인데노플루오렌디아민, 디벤조인데노플루오렌아민, 디벤조인데노플루오렌디아민, 치환된 또는 비-치환된 트리스틸벤아민, 디스티릴벤젠 및 디스티릴비페닐 유도체, 트리아릴아민, 트리아졸로 유도체, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 플루오렌 유도체, 페리플란텐 유도체, 인데노페릴렌 유도체, 페난트렌 유도체, 페릴렌 유도체, 피렌 유도체, 트리아진 유도체, 크리센 유도체, 데카사이클렌 유도체, 코로넨 유도체, 테트라페닐시클로펜타디엔 유도체, 펜타페닐시클로펜타디엔 유도체, 플루오렌 유도체, 스피로플루오렌 유도체, 피란 유도체, 옥사존 유도체, 벤족사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 피라진 유도체, 신남산 에스테르, 디케토피롤로피롤 유도체, 및 아크리돈 유도체로부터 선택된다.
형광 발광체 화합물은 바람직하게는 다환방향족 화합물, 예컨대 9,10-디(2-나프틸안트라센) 및 다른 안트라센 유도체, 테트라센, 크산텐, 페릴렌의 유도체, 예컨대 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌, 페닐렌, 예를 들어 4,4'-(비스(9-에틸-3-카르바조비닐렌)-1,1'-비페닐, 플루오렌, 아릴피렌 (US 2006/0222886), 아릴렌비닐렌 (미국 특허 번호 5,121,029, 미국 특허 번호 5,130,603), 루브렌, 쿠마린, 로다민, 퀴나크리돈의 유도체, 예컨대 N,N'-디메틸퀴나크리돈 (DMQA), 디시아노메틸렌피란, 예컨대 4 (디시아노에틸렌)-6-(4-디메틸아미노스티릴-2-메틸)-4H-피란 (DCM), 티오피란, 폴리메틴, 피릴륨 및 티아피릴륨 염, 페리플란텐, 인데노페릴렌, 비스(아지닐)이민보론 화합물 (US 2007/0092753 A1), 비스(아지닐)메텐 화합물 및 카르보스티릴 화합물일 수 있다.
또한 바람직한 형광 발광체 화합물은, 문헌 [C. H. Chen et al.: "Recent developments in organic electroluminescent materials" Macromol. Symp. 125, (1997), 1-48] 및 ["Recent progress of molecular organic electroluminescent materials and devices" Mat. Sci. and Eng. R, 39 (2002), 143-222]에 기재된 발광체일 수 있다.
여기서 모노스티릴아민은 1개의 치환된 또는 비-치환된 스티릴 기 및 1개 이상의, 바람직하게는 방향족, 아민을 함유하는 화합물이다. 디스티릴아민은 바람직하게는 2개의 치환된 또는 비-치환된 스티릴 기 및 1개 이상의, 바람직하게는 방향족, 아민을 함유하는 화합물이다. 트리스티릴아민은 바람직하게는 3개의 치환된 또는 비-치환된 스티릴 기 및 1개 이상의, 바람직하게는 방향족, 아민을 함유하는 화합물이다. 테트라스티릴아민은 바람직하게는 4개의 치환된 또는 비-치환된 스티릴 기 및 1개 이상의, 바람직하게는 방향족, 아민을 함유하는 화합물이다. 스티릴 기는 특히 바람직하게는, 추가로 치환될 수 있는 스틸벤이다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 상응하는 포스핀 및 에테르는 아민과 유사하게 정의된다. 본 발명의 목적상, 아릴아민 또는 방향족 아민은, 질소 원자에 직접 결합된 3개의 치환된 또는 비-치환된 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템을 함유하는 화합물을 나타낸다. 이들 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템 중 적어도 하나는 축합 고리일 수 있다. 이들의 바람직한 예는, 방향족 안트라센아민, 방향족 안트라센디아민, 방향족 피렌아민, 방향족 피렌디아민, 방향족 크리센아민 및 방향족 크리센디아민이다. 방향족 안트라센아민은, 1개의 디아릴아민 기가 안트라센 기에 (바람직하게는 9번 위치에서) 직접 결합된 화합물일 수 있다. 방향족 안트라센디아민은, 2개의 디아릴아민 기가 안트라센 기에 (바람직하게는 9 및 10번 위치에서) 직접 결합된 화합물일 수 있다. 방향족 피렌아민, 피렌디아민, 크리센아민 및 크리센디아민도 이와 유사하게 정의되고, 여기서 피렌 상의 디아릴아민 기는 바람직하게는 1번 위치 또는 1 및 6번 위치에서 결합된다.
또한 바람직한 형광 발광체 화합물은, 인데노플루오렌아민 및 인데노플루오렌디아민 (예를 들어 WO 2006/122630에 따른 것), 벤조인데노플루오렌아민 및 벤조인데노플루오렌디아민 (예를 들어 WO 2008/006449에 따른 것), 및 디벤조인데노플루오렌아민 및 디벤조인데노플루오렌디아민 (예를 들어 WO 2007/140847에 따른 것)이다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 스티릴아민의 부류로부터의 추가의 형광 발광체 화합물의 예는, 치환된 또는 비-치환된 트리스틸벤아민 또는 WO 2006/000388, WO 2006/058737, WO 2006/000389, WO 2007/065549 및 WO 2007/115610에 기재된 것들이다. 디스티릴벤젠 및 디스티릴비페닐 유도체는 미국 특허 번호 5,121,029에 기재되어 있다. 추가의 스티릴아민은 US 2007/0122656 A1에서 찾아볼 수 있다. 특히 바람직한 스티릴아민 및 트리아릴아민은 화학식 (183) 내지 (188)의 화합물 및 미국 특허 번호 7,250,532 B2, DE 102005058557 A1, CN 1583691 A, JP 08053397 A, 미국 특허 번호 6,251,531 B1, 및 US 2006/210830 A에 개시된 것들이다.
또한 바람직한 형광 발광체 화합물은 EP 1957606 A1 및 US 2008/0113101 A1에 개시된 바와 같은 트리아릴아민의 군으로부터 선택될 수 있다.
또한 바람직한 형광 발광체 화합물은, 나프탈렌, 안트라센, 테트라센, 플루오렌, 페리플란텐, 인데노페릴렌, 페난트렌, 페릴렌 (US 2007/0252517 A1), 피렌, 크리센, 데카사이클렌, 코로넨, 테트라페닐시클로펜타디엔, 펜타페닐시클로펜타디엔, 플루오렌, 스피로플루오렌, 루브렌, 쿠마린 (미국 특허 번호 4,769,292, 미국 특허 번호 6,020,078, US 2007/0252517 A1), 피란, 옥사존, 벤족사졸, 벤조티아졸, 벤즈이미다졸, 피라진, 신남산 에스테르, 디케토피롤로피롤, 아크리돈 및 퀴나크리돈 (US 2007/0252517 A1)의 유도체로부터 선택될 수 있다.
안트라센 화합물 중, 9,10-치환된 안트라센, 예컨대 9,10-디페닐안트라센 및 9,10-비스(페닐에티닐) 안트라센이 바람직하다. 1,4-비스(9'-에티닐안트라세닐)벤젠이 또한 형광 발광체 화합물로서 바람직할 수 있다.
적합한 형광 발광체 단위는 또한 하기 표에 나타낸 구조, 및 JP06001973, WO2004047499, WO200505950, WO2006098080, WO2006114337, WO 2007065678, US 20050260442, WO 2004092111, US2006251925, WO2007003520, WO2011040607; WO2011059099; WO2011090149, WO2011043083, WO2011086941; WO2011086935; JP 002001052870, EP373582, WO2006128800, WO2006/000388, WO2006/000389, WO06025273, WO2006/058737, WO2006/098080, WO2007/065549, WO2007/140847, WO2008/006449, WO2008/059713, WO2008/006449, WO2010122810, WO2011/052186, WO2013/185871, WO2014/037077, US2012/181520, KR2011/0041725, KR2011/0041728, KR2012/0011336, KR2012/0052499, KR2012/0074722 및 KR2013/0110347에 개시된 구조이다.
형광 수용체의 선택 기준
i) 스펙트럼 오버랩
100% 발광 최대에 대하여 1 내지 3% 발광 강도를 사용하여 발광 개시를 정한다. 효율적인 에너지 전달을 위해, 형광 발광체 (수용체)의 발광 개시는 발광성 유기금속 착물 (공여체)의 발광 개시에 대하여 0 내지 50 nm만큼 적색-이동되어야 한다. 따라서, 발광성 유기금속 착물 X에 대한 이러한 요건을 만족시키는 모든 형광 발광체가 본 발명에서 형광 발광체로서 적합하다.
ii) T 1 -전달을 피함
양자 효율에 대한 중요한 손실 채널은 공여체 분자로부터 형광 수용체로의 T1-엑시톤의 직접적 전달에 기인할 수 있다. 상기에 기재된 바와 같이 공여체 시스템에서의 현저한 단일항 점유도가 기대되기는 하나, 여전히 일부 삼중항 점유도가 존재할 것이다. 덱스터-메커니즘에 따른 삼중항-전달 (D. L. Dexter, J. Chem. Phys., 21, 836 (1953))은 공여체와 수용체 사이의 전자 교환 메커니즘에 기초한 단범위 과정이다. 교환 상호작용이 커지기 위해서는, 공여체와 수용체의 HOMO 사이의 우수한 오버랩 및 동시에 공여체와 수용체의 LUMO의 오버랩이 요구된다. 이러한 원치않는 과정이 가능한 한 일어나지 않도록 하기 위해서는, 수용체 상의 HOMO와 LUMO 사이의 공간적 분리가 달성되어야 한다. 여기서 표준 양자 화학 계산 (DFT)은 명확한 안내를 제공할 수 있다. 예를 들어, FE-7의 오비탈 구조는 공간적으로 분리되고, FE-1의 오비탈 구조는 BP86/SV(P)-이론 레벨에 따라 비-국소화된다.
또 다른 옵션은, 공여체와 수용체 사이의 임의의 우수한 오버랩을 피하기 위한 수용체 발색단의 입체적 차폐이다. FE-2는 공간적으로 분리된 HOMO/LUMO의 결핍을 부분적으로 보상하기 위해 이 개념을 사용한다.
본 발명에 따라 유리하게 사용될 수 있는 형광 발광체의 예를 하기에 나타낸다.
형광 발광체는 루미네센스 테크놀로지 코포레이션(Luminescence Technology Corp.) (Lumtec)에서 상업적으로 입수가능하다. 형광 발광체 (FE-3) 및 (FE-4)는 화학식 XIa 및 XIb의 이리듐 착물 뿐만 아니라 이리듐 착물 (BE-26)과 함께 유리하게 사용될 수 있다. 형광 발광체 (FE-5)는 이리듐 착물 (BE-26)과 함께 유리하게 사용될 수 있다. 형광 발광체 (FE-1), (FE-2), (FE-6), (FE-7), (FE-8) 및 (FE-9)는 화학식 XIc의 이리듐 착물과 유리하게 사용될 수 있다.
형광 발광체 (FE-2) 및 (FE-7)이 바람직하고, 형광 발광체 (FE-7)이 가장 바람직하다.
특히 바람직한 실시양태에서, 발광 층은
20 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X,
0.1 내지 3.0 중량%의 형광 발광체 Y 및
79.9 내지 57.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하고, 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다.
호스트 화합물은 하나의 화합물일 수 있거나, 또는 이는 둘 이상의 화합물의 혼합물일 수 있다. 유리하게는 화합물 HTM-1 및 HTM-2가 공동-호스트로서 첨가될 수 있다.
발광 층에 사용되는 호스트 화합물(들), 발광성 유기금속 착물 X 및 형광 발광체 Y의 바람직한 조합을 하기 표에 나타낸다.
정공/엑시톤 차단 층 (f):
발광 층에서 나오는 전하 캐리어 (전자 또는 정공) 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 차단 층이 사용될 수 있다. 정공 차단 층은, 전자 수송 층 (g)의 방향으로 층 (e)으로부터 나오는 전자를 차단하기 위해, 발광 층 (e)과 전자 수송 층 (g) 사이에 배치될 수 있다. 차단 층은 또한, 발광 층으로부터의 확산으로부터의 엑시톤을 차단하기 위해 사용될 수 있다. 적합한 정공/엑시톤 물질은, 원칙적으로, 상기에 언급된 호스트 화합물이다. 호스트 물질에 대한 것과 동일한 바람직한 경우가 적용된다.
현재 가장 바람직한 정공/엑시톤 차단 물질은 화합물 SH-1 내지 SH-11이다.
전자 수송 층 (g):
전자 수송 층은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송 층은 본래의 것 (비-도핑됨)이거나, 또는 도핑될 수 있다. 전도성을 향상시키기 위해 도핑이 사용될 수 있다. 본 발명의 OLED의 층 (g)에 대한 적합한 전자-수송 물질은 옥시노이드 화합물로 킬레이팅된 금속, 예컨대 트리스(8-히드록시퀴놀레이토)알루미늄 (Alq3), 페난트롤린 기재의 화합물, 예컨대 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10페난트롤린 (DDPA = BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (Bphen), 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (DPA) 또는 EP1786050, EP1970371, 또는 EP1097981에 개시된 페난트롤린 유도체, 및 아졸 화합물, 예컨대 2-(4-비페닐릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸 (PBD) 및 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-t-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (TAZ)을 포함한다.
전자-수송 층에 둘 이상의 물질의 혼합물을 사용할 수도 있고, 이 경우 하나 이상의 물질이 전자-전도성이다. 바람직하게는, 이러한 혼합 전자-수송 층에는, 하나 이상의 페난트롤린 화합물, 바람직하게는 BCP, 또는 하기 화학식 VIII에 따른 하나 이상의 피리딘 화합물이 사용된다. 보다 바람직하게는, 혼합 전자-수송 층에는, 하나 이상의 페난트롤린 화합물에 추가로, 알칼리 토금속 또는 알칼리 금속 히드록시퀴놀레이트 착물, 예를 들어 Liq가 사용된다. 적합한 알칼리 토금속 또는 알칼리 금속 히드록시퀴놀레이트 착물을 하기에 구체화한다 (화학식 VII). WO2011/157779를 참조한다.
전자-수송 층은 또한, 사용되는 물질의 수송 특성을 향상시키기 위해, 첫째로는 층 두께를 보다 넉넉하게 하기 위해 (핀홀/단락을 피함), 또한 둘째로는 장치의 작동 전압을 최소화하기 위해 전자 도핑될 수 있다. 전자 도핑은 관련 기술분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 이는 예를 들어 문헌 [W. Gao, A. Kahn, J. Appl. Phys., Vol. 94, No. 1, 1 July 2003 (p-도핑된 유기 층)]; [A. G. Werner, F. Li, K. Harada, M. Pfeiffer, T. Fritz, K. Leo, Appl. Phys. Lett., Vol. 82, No. 25, 23 June 2003] 및 [Pfeiffer et al., Organic Electronics 2003, 4, 89 - 103] 및 [K. Walzer, B. Maennig, M. Pfeiffer, K. Leo, Chem. Soc. Rev. 2007, 107, 1233]에 개시되어 있다. 예를 들어, 전자-수송 층의 전기 n-도핑을 유도하는 혼합물을 사용할 수 있다. n-도핑은 환원 물질의 첨가에 의해 달성된다. 이들 혼합물은, 예를 들어, 상기 언급된 전자 수송 물질과 알칼리/알칼리 토금속 또는 알칼리/알칼리 토금속 염, 예를 들어 Li, Cs, Ca, Sr, Cs2CO3과, 알칼리 금속 착물, 예를 들어 8-히드록시퀴놀레이토리튬 (Liq)과, 또한 Y, Ce, Sm, Gd, Tb, Er, Tm, Yb, Li3N, Rb2CO3, 디포타슘 프탈레이트, EP1786050으로부터의 W(hpp)4와, 또는 EP1837926B1, EP1837927, EP2246862 및 WO2010132236에 기재된 화합물과의 혼합물일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은, 화학식 VII:
(여기서,
*R32 및 R33은 각각 독립적으로 F, C1-C8-알킬, 또는 C6-C14-아릴이고, 이는 임의로 하나 이상의 C1-C8-알킬 기로 치환되거나, 또는
2개의 R32 및/또는 R33 치환체는 함께, 임의로 하나 이상의 C1-C8-알킬 기로 치환된 융합 벤젠 고리를 형성하고;
a 및 b는 각각 독립적으로 0, 또는 1, 2 또는 3이고,
M1은 알칼리 금속 원자 또는 알칼리 토금속 원자이고,
M1이 알칼리 금속 원자인 경우 p는 1이고, M1이 알칼리 토금속 원자인 경우 p는 2임)의 하나 이상의 화합물을 포함한다.
매우 특히 바람직한 화학식 VII의 화합물은 이고, 이는 단일 종으로서, 또는 LigQg (여기서, g는 정수임), 예를 들어 Li6Q6과 같이 다른 형태로 존재할 수 있다. Q는 8-히드록시퀴놀레이트 리간드 또는 8-히드록시퀴놀레이트 유도체이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 화학식 VIII의 하나 이상의 화합물을 포함한다.
상기 식에서,
R34, R35, R36, R37, R34', R35', R36' 및 R37'은 각각 독립적으로 H, C1-C18-알킬, E로 치환된 및/또는 D가 개재된 C1-C18-알킬, C6-C24-아릴, G로 치환된 C6-C24-아릴, C2-C20-헤테로아릴 또는 G로 치환된 C2-C20-헤테로아릴이고,
Q는 각각 임의로 G로 치환된 아릴렌 또는 헤테로아릴렌 기이고;
D는 -CO-; -COO-; -S-; -SO-; -SO2-; -O-; -NR40-; -SiR45R46-; -POR47-; -CR38=CR39-; 또는 -C≡C-이고;
E는 -OR44; -SR44; -NR40R41; -COR43; -COOR42; -CONR40R41; -CN; 또는 F이고;
G는 E, C1-C18-알킬, D가 개재된 C1-C18-알킬, C1-C18-퍼플루오로알킬, C1-C18-알콕시, 또는 E로 치환된 및/또는 D가 개재된 C1-C18-알콕시이고,
여기서
R38 및 R39는 각각 독립적으로 H, C6-C18-아릴; C1-C18-알킬 또는 C1-C18-알콕시로 치환된 C6-C18-아릴; C1-C18-알킬; 또는 -O-가 개재된 C1-C18-알킬이고;
R40 및 R41은 각각 독립적으로 C6-C18-아릴; C1-C18-알킬 또는 C1-C18-알콕시로 치환된 C6-C18-아릴; C1-C18-알킬; 또는 -O-가 개재된 C1-C18-알킬이거나; 또는
R40과 R41은 함께 6원 고리를 형성하고;
R42 및 R43은 각각 독립적으로 C6-C18-아릴; C1-C18-알킬 또는 C1-C18-알콕시로 치환된 C6-C18-아릴; C1-C18-알킬; 또는 -O-가 개재된 C1-C18-알킬이고,
R44는 C6-C18-아릴; C1-C18-알킬 또는 C1-C18-알콕시로 치환된 C6-C18-아릴; C1-C18-알킬; 또는 -O-가 개재된 C1-C18-알킬이고,
R45 및 R46은 각각 독립적으로 C1-C18-알킬, C6-C18-아릴 또는 C1-C18-알킬로 치환된 C6-C18-아릴이고,
R47은 C1-C18-알킬, C6-C18-아릴 또는 C1-C18-알킬로 치환된 C6-C18-아릴이다.
바람직한 화학식 VIII의 화합물은 화학식 VIIIa의 화합물이다.
상기 식에서,
Q는
또는 이고,
R48은 H 또는 C1-C18-알킬이고,
R48'은 H, C1-C18-알킬 또는 또는 이다.
화학식:
의 화합물이 특히 바람직하다.
또한, 매우 특히 바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 화합물 Liq 및 화합물 ETM-2를 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 화학식 VII의 화합물을 99 내지 1 중량%, 바람직하게는 75 내지 25 중량%, 보다 바람직하게는 약 50 중량%의 양으로 포함하고, 여기서 화학식 VII의 화합물의 양 및 화학식 VIII의 화합물의 양의 합계는 총 100 중량%이다.
화학식 VIII의 화합물의 제조는 문헌 [J. Kido et al., Chem. Commun. (2008) 5821-5823], [J. Kido et al., Chem. Mater. 20 (2008) 5951-5953] 및 JP2008/127326에 기재되어 있거나, 또는 화합물은 상기 언급된 문헌에 개시된 방법과 유사하게 제조될 수 있다.
전자-수송 층에 알칼리 금속 히드록시퀴놀레이트 착물, 바람직하게는 Liq, 및 디벤조푸란 화합물의 혼합물을 사용할 수도 있다. WO2011/157790을 참조한다. WO2011/157790에 기재된 디벤조푸란 화합물 A-1 내지 A-36 및 B-1 내지 B-22가 바람직하고, 여기서 디벤조푸란 화합물 이 가장 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 Liq를 99 내지 1 중량%, 바람직하게는 75 내지 25 중량%, 보다 바람직하게는 약 50 중량%의 양으로 포함하고, 여기서 Liq의 양 및 디벤조푸란 화합물(들), 특히 ETM-1의 양의 합계는 총 100 중량%이다.
바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 하나 이상의 페난트롤린 유도체 및/또는 피리딘 유도체를 포함한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 하나 이상의 페난트롤린 유도체 및/또는 피리딘 유도체 및 하나 이상의 알칼리 금속 히드록시퀴놀레이트 착물을 포함한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 WO2011/157790에 기재된 디벤조푸란 화합물 A-1 내지 A-36 및 B-1 내지 B-22 중 적어도 하나, 특히 ETM-1을 포함한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 전자-수송 층은 WO2012/111462, WO2012/147397, WO2012014621에 기재된 화합물, 예컨대 화학식:
의 화합물, US2012/0261654에 기재된 화합물, 예컨대 화학식:
의 화합물, 및 WO2012/115034에 기재된 화합물, 예컨대 화학식:
의 화합물을 포함한다.
전자 주입 층 (h):
전자 주입 층은 인접 유기 층으로의 전자 주입을 향상시키는 임의의 층일 수 있다. 작동 전압을 감소시키기 위해, 리튬-포함 유기금속 화합물, 예컨대 8-히드록시퀴놀레이토리튬 (Liq), CsF, NaF, KF, Cs2CO3 또는 LiF가 전자 수송 층 (g)과 캐소드 (i) 사이에 전자 주입 층 (h)으로서 적용될 수 있다.
캐소드 (i):
캐소드 (i)는 전자 또는 음전하 캐리어를 도입하기 위해 제공되는 전극이다. 캐소드는 애노드에 비해 낮은 일 함수를 갖는 임의의 금속 또는 비-금속일 수 있다. 캐소드에 적합한 물질은 원소 주기율표의 1족의 알칼리 금속, 예를 들어 Li, Cs, 2족의 알칼리 토금속, 12족의 금속 (희토류 금속 및 란타나이드 및 악티나이드 포함)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 추가로, 알루미늄, 인듐, 칼슘, 바륨, 사마륨 및 마그네슘, 및 이들의 조합 등의 금속이 사용될 수 있다.
일반적으로, 존재하는 경우, 상이한 층은 하기 두께를 갖는다.
애노드 (a): 500 내지 5000 Å (옹스트롬), 바람직하게는 1000 내지 2000 Å;
정공 주입 층 (b): 50 내지 1000 Å, 바람직하게는 200 내지 800 Å,
정공-수송 층 (c): 50 내지 1000 Å, 바람직하게는 100 내지 900 Å,
엑시톤 차단 층 (d): 10 내지 500 Å, 바람직하게는 50 내지 100 Å,
발광 층 (e): 10 내지 1000 Å, 바람직하게는 50 내지 600 Å,
정공/엑시톤 차단 층 (f): 10 내지 500 Å, 바람직하게는 50 내지 100 Å,
전자-수송 층 (g): 50 내지 1000 Å, 바람직하게는 200 내지 800 Å,
전자 주입 층 (h): 10 내지 500 Å, 바람직하게는 20 내지 100 Å,
캐소드 (i): 200 내지 10,000 Å, 바람직하게는 300 내지 5000 Å.
본 발명의 OLED는 관련 기술분야의 숙련자에게 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 OLED는 적합한 기판 상으로의 개개의 층의 연속 증착에 의해 제조된다. 적합한 기판은, 예를 들어, 유리, 무기 반도체 또는 중합체 필름이다. 증착을 위해서는, 열 증발, 화학적 증착 (CVD), 물리적 증착 (PVD) 등과 같은 통상적 기술을 사용할 수 있다. 별법으로는, OLED의 유기 층을, 관련 기술분야의 숙련자에게 공지된 코팅 기술을 사용하여 적합한 용매 중의 용액 또는 분산액으로부터 적용할 수 있다.
OLED는 전기발광이 유용한 모든 장치에 사용될 수 있다. 적합한 장치는 바람직하게는 고정식 및 이동식 시각 디스플레이 및 조명 유닛으로부터 선택된다. 고정식 시각 디스플레이 유닛은, 예를 들어, 컴퓨터, 텔레비젼의 시각 디스플레이 유닛, 프린터, 주방용 기구 및 광고 패널, 조명 및 정보 패널에서의 시각 디스플레이 유닛이다. 이동식 시각 디스플레이 유닛은, 예를 들어, 휴대폰, 태블릿 PC, 랩톱, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 차량, 및 버스 및 열차의 행선지 디스플레이에서의 시각 디스플레이 유닛이다. 본 발명의 OLED가 사용될 수 있는 추가의 장치는, 예를 들어, 키보드; 의류 품목; 가구; 월페이퍼이다.
따라서, 본 발명은, 하나 이상의 본 발명의 유기 발광 장치, 또는 발광 층을 포함하는, 컴퓨터, 텔레비젼의 시각 디스플레이 유닛, 프린터, 주방용 기구 및 광고 패널, 조명 및 정보 패널에서의 시각 디스플레이 유닛 등의 고정식 시각 디스플레이 유닛, 및 휴대폰, 태블릿 PC, 랩톱, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 차량, 및 버스 및 열차의 행선지 디스플레이에서의 시각 디스플레이 유닛 등의 이동식 시각 디스플레이 유닛; 조명 유닛; 키보드; 의류 품목; 가구; 월페이퍼로 이루어진 군으로부터 선택된 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은,
2 내지 40 중량%의, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차를 갖는 발광성 유기금속 착물 X,
0.05 내지 5 중량%의 형광 발광체 Y 및
55 내지 97.95 중량%의 호스트 화합물(들)
을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이고, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지 (ES1(X))가 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 큰 것인, 발광 층이다.
발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차는 바람직하게는 0.1 eV 미만, 보다 바람직하게는 0.05 eV 미만이다.
바람직하게는, 발광 층은 5 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 4.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 94.9 내지 56.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다. 보다 바람직하게는, 발광 층은 10 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 3.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 89.9 내지 57.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다. 가장 바람직하게는, 발광 층은 20 내지 40 중량%의 발광성 유기금속 착물 X, 0.1 내지 3.0 중량%의 형광 발광체 Y 및 79.9 내지 57.0 중량%의 호스트 화합물(들)을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이다.
본 발명의 또 다른 대상은, 발광성 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)로 이루어진 박막의, τ0=τv/QY에 의해 계산되는 발광 수명 τ0을 100 ns 미만으로 감소시키기 위한, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차를 갖고, 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 큰 단일항 에너지 (ES1(X))를 갖는 발광성 유기금속 착물 X 및 호스트 화합물(들)을 포함하는 발광 층의 도핑을 위한 형광 발광체 Y의 용도이다. 100 ns 미만으로의 발광 수명 τ0의 감소는 QY의 희생 없이 수행되고, 즉 EQE는 기본적으로 동일하게 남아있거나, 또는 향상된다.
발광 수명 τ0은 바람직하게는 0.1 내지 80 ns, 보다 바람직하게는 0.5 내지 50 ns, 가장 바람직하게는 0.5 내지 40 ns의 범위이다.
발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차는 바람직하게는 0.1 eV 미만, 보다 바람직하게는 0.05 eV 미만이다.
발광 층은 발광 전기화학 전지 (LEEC), OLED, OLED 센서에, 특히 외부로부터 기밀 밀봉되지 않은 기체 및 증기 센서, 광학 온도 센서, 유기 태양 전지 (OSC; 유기 광전지, OPV), 유기 전계-효과 트랜지스터, 유기 다이오드 및 유기 포토다이오드에 사용될 수 있다.
하기 실시예는 단지 예시 목적으로 포함된 것이며, 청구범위의 범주를 제한하지 않는다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다.
실시예
하기 실시예, 보다 특별하게는 실시예에서 상술되는 방법, 물질, 조건, 공정 파라미터, 장치 등은 본 발명을 지지하도록 의도되며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 모든 실험은 보호 기체 분위기에서 수행된다. 하기 실시예에서 언급되는 백분율 및 비율은 (달리 언급되지 않는 한) 중량% 및 중량비이다. BE-2, BE-3, BE-24, BE-25, BE-26, BE-38, BE-39 및 BE-40의 자오선 이성질체가 실시예에서 사용된다.
양자 효율 및 발광 파장의 측정 (PMMA 매트릭스)
발광 공여체 및/또는 발광 수용체 분자의 광발광 (PL) 스펙트럼을 각각의 분자로 도핑된 중합체 필름 상에서 측정한다. 박막을 하기 절차에 의해 제조한다: 1 g의 중합체 "플렉시글라스(Plexiglas) 6N" (에보닉(Evonik))을 9 g의 디클로로메탄 중에 용해시킨 후, 1시간 동안 교반함으로써, 10%-w/w 중합체 용액을 제조한다. 각각의 분자를 요망되는 도핑 농도에 따라 PMMA 용액에 첨가하고, 1분 동안 교반을 계속한다. 용액을, 석영 기판 상으로 60 ㎛ 갭으로 필름 어플리케이터 (모델 360 2082, 에릭센(Erichsen))를 사용하여 닥터-블레이딩에 의해 캐스팅하여 도핑된 중합체 박막 (두께 약 6 ㎛)을 제공한다.
양자 효율 및 발광 파장의 측정 (SH-11 매트릭스)
PMMA 중합체 대신에 4.8 mg의 호스트 분자 (SH-11)를 250 ㎕ 디클로로메탄 중에 용해시킨 후, 1시간 동안 교반한 것을 제외하고는, PMMA 매트릭스에 대해 상기에 기재된 동일한 절차를 사용한다.
절대 PL 양자 수율 측정 시스템 (하마마츠, 모델 C9920-02) (여기 파장: 표 1에서 370 nm, 표 2 내지 9에서 310 nm)을 사용하여 적분-구 방법으로 이들 필름의 PL 스펙트럼 및 양자 수율 (QY)을 측정한다.
여기-상태 수명 τ v 및 발광 수명 τ 0 의 측정
제조된 필름의 여기-상태 수명 (τv)을 하기 절차에 의해 측정한다: 여기를 위해, 10 kHz로 작동하는 여기 파장 310 nm의 펄스형 다이오드 레이저를 사용한다. 시간 상관 단일 광자 카운팅 (TCSPC)으로 검출을 수행한다. 발광 수명 τ0은 τ0=τv/QY에 의해 계산된다.
발광성 유기금속 착물 BE-24이 공여체로서 사용된다. 형광 발광체 FE-1 및FE-2가 수용체로서 사용된다.
표 1에 2개의 상이한 농도, 2개의 상이한 수용체 분자 (FE-1 및 FE-2) 및 2개의 상이한 호스트 분자 (PMMA 및 SH-11)에서의 공여체 분자 BE-24를 포함하는 에너지 전달 실험의 4개 시리즈를 나타낸다.
표 1
표의 제1 부분은 호스트 PMMA 중의 2%의 공여체 BE-24 및 다양한 농도의 수용체 FE-1을 갖는 샘플을 나타낸다. 제1 라인은, 순수 공여체 (2% 도핑 농도)가 700 ns의 여기-상태 수명 (τv)과 조합하여 80%의 양자 수율 및 440 nm에서 발광 최대를 가짐을 보여준다. 순수 수용체 (0.1%의 도핑 농도)는 ~ 100 % 양자 효율로 3.7 ns의 여기-상태 수명을 갖는다. 발광 최대는 468 nm에 존재한다. 이제 공여체 뿐만 아니라 수용체를 도판트로서 사용하는 경우, 공여체로부터 수용체로의 매우 효율적인 에너지 전달이 일어난다는 것 (0.1% 수용체 도핑에서 78%의 양자 효율에 비해 수용체 도핑 없이는 80%)이 나타난다. 440 nm (공여체)로부터 468 내지 470 nm (수용체)로의 발광 최대에서의 이동은 이러한 해석을 지지한다 (도 2 및 3 참조). 표에서, 여기-상태 수명은 실질적으로 양자 효율의 희생 없이 17 ns만큼 작게 감소한다는 것이 나타난다.
표의 제2 부분에서는, 공여체 농도가 10%로 증가한다. 2% 도핑 농도에 대해 기재된 것과 전체적으로 유사한 거동이 나타나지만, 양자 효율은 보다 작다.
표 1의 제3 부분은, PMMA가 호스트 물질 SH-11로 대체된 시스템을 나타낸다. FE-1은 PMMA에 비해 ~ 15 nm만큼 현저히 청색 이동된다. 0.3%의 형광 수용체, FE-1의 경우 20 ns 미만으로의 여기-상태 수명 감소를 비롯하여 또한 동일한 기본적 경향이 나타난다. 공여체와 수용체 사이의 발광 파장의 매우 작은 차이에서도, 효율적인 전달이 일어난다.
제4 부분에서는 또 다른 형광 수용체 분자가 도입된다 (FE-2). 여기서는 현저히 보다 높은 농도의 수용체 분자가 필수적이다. 2% 농도의 FE-2에서는, 74%의 높은 양자 효율이 20 ns 여기-상태 수명과 조합되어 달성된다.
상이한 샘플에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns)을 하기 표 2 내지 9에 나타낸다. QY의 측정을 위한 여기는 310 nm에서 수행하고, 여기서 흡수는 거의 독점적으로 공여체로부터의 것이다.
표 2
10% BE-24, x% FE-7 및 90-x% PMMA로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 3
10% BE-24, x% FE-2 및 90-x% SH-11로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 4
10% BE-38, x% FE-2 및 90-x% PMMA로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 5
10% BE-38, x% FE-7 및 90-x% PMMA로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 6
10% BE-40, x% FE-4 및 90-x% PMMA로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 7
10% BE-39, x% FE-5 및 90-x% PMMA로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 8
10% Cu-1, x% FE-2 및 90-x% PMMA로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 9
10% Cu-1, x% FE-7 및 90-x% PMMA로 이루어진 박막에 대해 측정된 양자 수율 (QY) (%), CIEx,y, 및 발광 수명 τ0 (ns).
표 2 내지 9로부터 명백한 바와 같이, QY가 유지되거나 또는 심지어 증가되면서 발광 수명 τ0은 본 발명의 개념에 의해 80 ns 훨씬 미만의 값으로 감소한다. CIEy 좌표는, 발광이 수용체로부터 유래됨에 따라, 이미 저농도에서 효율적인 전달이 일어남을 보여준다.
S 1 -T 1 분할의 측정
S1-T1-분할을 측정하기 위해, 본 발명자들은 여기-상태 수명의 온도 의존적 측정 및 양자 화학적 계산을 포함한 조합 접근을 사용한다.
*
*a) 실험적 접근:
디클로로메탄으로부터 석영 기판 상으로의 닥터 블레이딩에 의해 PMMA (2%) 중의 이리듐 착물의 60 ㎛ 박막을 제조한다. 크리오스타트 (옵티스타트 CF, 옥스포드 인스트루먼츠)를 사용하여 액체 헬륨으로 샘플을 냉각시킨다. 하기 온도: 4K, 10K, 20K, 30K, 50K, 75K, 100K, 150K, 200K, 250K, 300K, 350K, 375K, 400K에서 분광계 (에딘버러 인스트루먼츠 FLS 920P)로 PL 스펙트럼 및 발광의 최대에서의 PL 감쇠 시간을 측정한다.
핏팅:
평균화된 PL 감쇠 시간의 온도 의존성은 볼츠만 분포에 따라 점유된 상이한 상태에서의 감쇠 속도 및 에너지 레벨에 대한 정보를 제공한다 (M. J. Leitl, V. A. Krylova, P. I. Djurovich, M. E. Thompson, H. Yersin J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16032-16038; T. Hofbeck, H. Yersin, Inorg. Chem. 2010, 49, 9290-9299). 2개의 점유 여기 상태를 갖는 시스템에 대하여, 하기 식이 측정 데이터 kav vs T에 대해 핏팅될 수 있다.
등식 2
3개의 점유 여기 상태를 갖는 시스템에 대해서는, 등식 2가 사용된다.
등식 2
여기서 kav는 측정으로부터 구한 감쇠 속도이고, kI, kII, kIII은 각각의 여기 상태의 감쇠 속도이고, EI,II 및 EI,III은 최저 여기 상태와 비교한 여기 상태 I 및 II의 에너지 차이고, kB는 볼츠만 상수이고, T는 온도이다.
높은 k 값 (>2*106 s-1)은, 각각의 여기 상태가 단일항이라는 지표이다. 그러나, 여기 상태의 스핀 다중도는 PL 측정에 의해 입증될 수 없기 때문에, 추가의 양자 화학적 계산을 수행하고, 이를 측정 핏팅으로부터 확인된 여기-상태 레벨과 비교하였다.
b) 양자 화학적 접근
먼저, 가능성 있는 공여체 분자의 삼중항 기하구조를, 이리듐 전이 금속 착물의 경우의 유효 코어 포텐셜 [D. Andrae, U. Haeussermann, M. Dolg, H. Stoll, and H. Preuss, Theor. Chim. Acta 77, 123 (1990)]을 포함한, 비-제한 BP86 [J.P. Perdew, Phys. Rev. B 33, 8822 (1986)] 및 [J.P. Perdew, Phys. Rev. B 33, 8822 (1986)]/SV(P) [A. Schaefer, H. Horn, and R. Ahlrichs, J. Chem. Phys. 9, 2571 (1992)]-이론 레벨로 최적화하였다. 이들 삼중항 기하구조에 기초하여, 상대론적 모든 전자 계산을 수행하여 S1-T1-분할을 구하였다. 구체적으로, 본 발명자들은 B3LYP-함수 [Becke, A.D., J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993)]를 이중 제타 성질의 모든-전자 기저 집합 [E. van Lenthe and E.J. Baerends, J. Comp. Chemistry 24, 1142 (2003)]과 조합하여 사용하였다. ZORA 접근을 통해 SCF 레벨에서 스칼라 상대론적 효과가 포함되었다 [E. van Lenthe, A.E. Ehlers and E.J. Baerends, Journal of Chemical Physics 110, 8943 (1999)]. 그 파동함수에 기초하여, 시간 의존적 밀도 함수 계산을 수행하였다 (섭동 이론을 통한 스핀 오비트 커플링 포함) [F. Wang and T. Ziegler, Journal of Chemical Physics 123, 154102 (2005)]. 이어서 마지막으로, 제1 스핀-오비트 보정된 S1-상태에 대하여 최저 T1-하위레벨의 에너지 차로서 S1-T1-분할을 구한다. ADF 프로그램 패키지 [3. ADF2009.01, SCM, Theoretical Chemistry, Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands, http://www.scm.com]를 사용하여 상대론적 계산을 수행하였으며, 기하구조 최적화에 대해서는 TURBOMOLE 프로그램 패키지 [R. Ahlrichs, M. Baer, M. Haeser, H. Horn, and C. Coelmel, Chem. Phys. Lett. 162, 165 (1989)]를 사용하였다.
접근의 타당성을 입증하기 위해, 실험적으로 핏팅된 S1-T1-레벨과 계산된 S1-T1-레벨 사이의 비교를 하기 표 10에 제공한다.
계산된 데이터와 핏팅된 데이터 사이의 매우 우수한 일치가 얻어졌다. BE-24의 예외적으로 작은 S1-T1-분할이 명백히 나타났다. Ir(ppy)3 및 FIrpic가 확장된 비교에 포함된다. Ir(ppy)3 및 FIrpic에 대한 S1-T1-분할을 문헌 [Burak Himmetoglu, Alex Marchenko, Ismaila Dabo, and Matteo Cococcioni, The Journal of Chemical Physics 137, 154309 (2012)] 및 그에 인용된 문헌으로부터 얻었다. Ir(ppy)3 및 FIrpic에 대한 S1-T1-분할은 피크 파장/흡수 개시로부터의 이들의 측정에 기인하여 사실상 매우 근사적임을 인지한다. 또한, 이들 분자에 대해 이론치 및 측정치 둘 다 0.1 eV보다 현저히 큰 S1-T1-분할을 제공함에 있어 일치된다.
BE-24의 S 1 -T 1 -분할 측정
양자 화학적 계산 뿐만 아니라 저온 광발광 측정을 수행하여 화합물 (BE-24)의 S1-T1-분할을 측정한다. 하기 등식 (1) 내지 (4):
의 세트를 사용하고, T1-속도와 함께 4 K에서의 속도를 확인하여 S1 발광 속도 및 S1-T1-분할을 동시에 핏팅할 수 있다. 본 발명자들은 S1-상태에 대해 330 ns, T1-상태에 대해 10 ㎲의 발광 수명 및 S1-T1-분할에 대해 0.01 eV를 얻는다. 이러한 예외적으로 작은 값은 S1-상태의 볼츠만-점유도가 ~ 70%가 되게 하고, 따라서 이는 또한 상기 섹션에 기재된 매우 효율적인 에너지 전달을 설명한다. PL 측정에 의해 상태의 스핀 다중도가 직접 증명될 수 없기 때문에, 본 발명자들은 추가의 상대론적 양자 화학적 계산을 수행하였다. 여기서 본 발명자들은 상기 해석과 일치되는 0.04 eV의 매우 작은 S1-T1-분할을 확인한다.
적용예
애노드로서 사용된 ITO 기판을 먼저 LCD 제조를 위한 상업적 세제 (데코넥스(Deconex)® 20NS, 및 25ORGAN-ACID® 중화제)로, 이어서 초음파조에서 아세톤/이소프로판올 혼합물 중에서 세정한다. 가능한 유기 잔류물을 제거하기 위해, 기판을 추가의 25분 동안 오존 오븐 중에서 연속적 오존 유동에 노출시킨다. 이러한 처리는 또한 ITO의 정공 주입 특성을 향상시킨다. 그 후, 하기에 구체화되는 유기 물질을 약 10-7 내지 10-9 mbar에서 대략 0.5 내지 5 nm/min의 속도로 증착에 의해 세정된 기판에 적용한다.
기판에 적용된 정공 주입, 전도체 및 엑시톤 블록커는 60 내지 100 nm의 두께를 갖는 이고, 그 중 50 내지 90 nm는 MoO3로 도핑된 것이다. Ir(DPBIC)3의 나머지 10 nm는 엑시톤 블록커로서 작용한다.
그 후, 발광 층 (EML)을 40 nm의 두께로 증착에 의해 발광성 유기금속 착물 BE-X (2 내지 40 wt.%), 형광 발광체 FE-X (0.05 내지 2.0 wt.%) 및 호스트 화합물 또는 (58 내지 97.95 wt.%)의 혼합물로서 침착시킨다. 그 후, SH-11 또는 SH-2를 5 nm의 두께로 증착에 의해 정공 블록커로서 적용한다.
다음으로, 전자 수송 층으로서, 및 의 혼합물 (50:50)을 증착에 의해 적용한다 (25 내지 35 nm). 이어서, 증착에 의한 4 nm의 KF 침착 후, 마지막으로 100 nm-두께의 Al 전극을 열 증발에 의해 침착시킨다. 모든 성분은 불활성 질소 분위기에서 유리 뚜껑에 접착-접합된다.
비교 적용예 1 및 적용예 1
비교 장치 1은 하기 구성을 갖는다.
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-1/SH-11 (2:0:98) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
비교 장치 1과 유사하게 장치 1을 얻는다. 장치 1의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-1/SH-11 (2:0.05:97.95) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
OLED를 특성화하기 위해, 다양한 전류 및 전압에서 전기발광 스펙트럼을 기록한다. 추가로, 전류-전압 특성을 휘도와 함께 측정하여 발광 효율 및 외부 양자 효율 (EQE)을 구한다. 구동 전압 U 및 EQE는 휘도 (L) = 1000 cd/m2에서 주어지고, 국제 조명 위원회 (CIE) 좌표는 달리 언급되는 경우를 제외하고는 5 mA/cm2에서 주어진다. 또한, 50% 수명 (LT50)은 일정한 전류 밀도 J=25 mA/cm2에서 측정되고, 이는 초기 휘도가 50%로 감소할 때까지의 시간 소비량이다. 비교 적용예의 EQE 및 LT50은 100으로 셋팅되고, 적용예의 EQE 및 LT50은 비교 적용예의 것들에 대하여 특정된다.
표 11
비교 적용예 2 및 적용예 2 및 3
비교 장치 2 및 장치 2 및 3을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 2 및 장치 2 및 3의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 2:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-1/SH-11 (10:0:90) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 2:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-1/SH-11 (10:0.05:89.95) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 3:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-1/SH-11 (10:0.1:89.9) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 12
비교 적용예 3 및 적용예 4 및 5
*비교 장치 3 및 장치 4 및 5를 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 3 및 장치 4 및 5의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 3:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (30:0:70) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 4:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (30:0.1:69.9) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 5:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (30:0.3:69.7) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 13
비교 적용예 4 및 적용예 6 및 7
비교 장치 4 및 장치 6 및 7을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 4 및 장치 6 및 7의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 4:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (30:0:70) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 6:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (30:1:69) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 7:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (30:2:68) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
*
*표 14
비교 적용예 5 및 적용예 8 내지 10
비교 장치 5 및 장치 8 내지 10을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 5 및 장치 8 내지 10의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 5:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (40:0:60) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 8:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (40:0.1:59.9) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 9:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (40:0.3:59.7) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 10:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (40:0.5:59.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 15
비교 적용예 6 및 적용예 11 내지 15
비교 장치 6 및 장치 11 내지 15를 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 6 및 장치 11 내지 15의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 6:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (40:0:60) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 11:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (40:0.3:59.7) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 12:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (40:0.5:59.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 13:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (40:0.7:59.3) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 14:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (40:1:59) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 15:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-7/SH-11 (40:2:58) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 16
비교 적용예 7 및 적용예 16
비교 장치 7 및 장치 16을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 7 및 장치 15의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 7:
ITO - 50 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-2/FE-5/SH-2 (10:0:90) - 5 nm SH-2 - 35 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 16:
ITO - 50 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-2/FE-5/SH-2 (10:0.3:99.7) - 5 nm SH-2 - 35 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 17
비교 적용예 8 및 적용예 17 및 18
비교 장치 8 및 장치 17 내지 19를 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 8 및 장치 17 및 18의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 8:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (30:0:70) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 17:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (30:0.5:69.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 18:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (30:1:69) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 18
비교 적용예 9 및 적용예 19 내지 21
비교 장치 8 및 장치 19 내지 21을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 9 및 장치 19 내지 21의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 9:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (30:0:70) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 19:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (30:0.5:69.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 20:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (30:1:69) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 21:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (30:2:68) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 19
비교 적용예 10 및 적용예 22
비교 장치 10 및 장치 22를 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 10 및 장치 22의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 10:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (40:0:70) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 22:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (40:0.5:59.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 20
비교 적용예 11 및 적용예 22 내지 24
비교 장치 11 및 장치 22 내지 24를 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 11 및 장치 22 내지 24의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 11:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (40:0:60) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 22:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (40:0.5:59.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 23:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (40:1:59) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 24:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-7/SH-11 (40:2:58) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 21
비교 적용예 12 및 적용예 25 및 26
비교 장치 12 및 장치 25 및 26을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 12 및 장치 25 및 26의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 12:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (10:0:90) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 25:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (10:0.1:89.9) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 26:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (10:0.5:89.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 22
비교 적용예 13 및 적용예 27 및 28
비교 장치 13 및 장치 27 및 28을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 13 및 장치 27 및 28의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 13:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (20:0:80) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 27:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (20:0.1:79.9) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 28:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-24/FE-2/SH-11 (20:0.5:79.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 23
비교 적용예 14 및 적용예 29 및 30
비교 장치 14 및 장치 29 및 30을 비교 적용예 1과 유사하게 얻는다. 비교 장치 14 및 장치 29 및 30의 장치 구성을 하기에 나타낸다.
비교 장치 14:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (20:0:80) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 29:
ITO - 90 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (20:0.5:79.5) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 30:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (20:1:79) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
장치 31:
ITO - 80 nm Ir(DPBIC)3:MoO3 (90:10) - 10 nm Ir(DPBIC)3 - 40 nm BE-38/FE-2/SH-11 (20:2:78) - 5 nm SH-11 - 25 nm ETM-1:Liq (50:50) - 4 nm KF - 100 nm Al
표 24
표 11 내지 24로부터 명백한 바와 같이, 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)을 포함하는 본 발명의 장치의 EQE 및/또는 수명은 단지 유기금속 착물 X 및 호스트 화합물(들)을 포함하는 장치에 비해 증가한다.
예를 들어, 작은 S1-T1 분할을 갖는 발광성 유기금속 착물을 함유하는 발광 층을 형광 발광체로 도핑함으로써, 매우 효율적인 에너지 전달로 인해 외부 양자 효율 (EQE)의 희생 없이 발광 감쇠 시간이 현저히 단축될 수 있다.

Claims (19)

  1. (a) 애노드,
    (i) 캐소드, 및
    (e) 2 내지 40 중량%의, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지 (ES1(X))와 삼중항 에너지 (ET1(X))의 차를 갖는 발광성 유기금속 착물 X,
    0.05 내지 5.0 중량%의 형광 발광체 Y 및
    55 내지 97.95 중량%의 호스트 화합물(들)
    을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이고, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지 (ES1(X))가 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 큰 인, 애노드와 캐소드 사이의 발광 층을 포함하고,
    여기서, 형광 발광체 Y의 발광 개시는 발광성 유기금속 착물 X의 발광 개시에 대하여 0 내지 50 nm 만큼 적색-이동되는 것이고,
    여기서, 발광성 유기금속 착물 X는 발광성 이리듐 착물 또는 발광성 구리 착물이고,
    여기서, 발광성 이리듐 착물은 하기 화학식의 화합물이고,





    또는

    식 (X)에서, X 및 Y는 서로 독립적으로 CH 또는 N이며, 단 X 및 Y 중 적어도 하나는 N이고;
    R23, R24, R27 및 R28은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, OCH3, OCF3; 페닐, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐, 카르바졸릴, 디벤조푸라닐, 디벤조티오페닐, 벤조푸라닐 및 벤조티오페닐 (여기서, 상기 언급된 라디칼은 비-치환되거나 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 메톡시, CF3 또는 페닐로 치환될 수 있음); F, CF3, CN 및 SiPh3으로부터 선택된, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기이고;
    R25는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, OCH3, OCF3; 페닐, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐 (여기서, 상기 언급된 라디칼은, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 메톡시 또는 페닐로 치환되거나 비-치환될 수 있음); CF3 및 CN으로부터 선택된, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기이고,
    여기서, 발광성 구리 착물은 하기 화학식의 화합물인,




    유기 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차가 0.1 eV 미만인 유기 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차가 0.05 eV 미만인 유기 발광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 발광성 유기금속 착물 X (2 내지 40 중량%), 형광 발광체 Y (0.05 내지 5.0 중량%) 및 호스트 화합물(들) (55 내지 97.95 중량%)로 이루어진 박막의, τ0=τv/QY에 의해 계산되는 발광 수명 τ0이 100 ns 미만인 유기 발광 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 형광 발광체 Y가 하기 화학식의 화합물

    인 유기 발광 장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 화합물이 하기 화학식의 화합물




    이며, 상기 식에서, T는 O 또는 S인 유기 발광 장치.
  12. 제11항에 있어서, 호스트 화합물이 하기 화학식의 화합물

    인 유기 발광 장치.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 애노드,
    (b) 정공 주입 층,
    (c) 정공 수송 층,
    (d) 엑시톤 차단 층
    (e) 발광성 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)을 포함하는 발광 층,
    (f) 정공/엑시톤 차단 층
    (g) 전자 수송 층,
    (h) 전자 주입 층, 및
    (i) 캐소드
    를 이 순서대로 포함하는 유기 발광 장치.
  14. 2 내지 40 중량%의, 0.2 eV 미만의 단일항 에너지와 삼중항 에너지의 차를 갖는 발광성 유기금속 착물 X,
    0.05 내지 5 중량%의 형광 발광체 Y 및
    55 내지 97.95 중량%의 호스트 화합물(들)
    을 포함하며, 여기서 유기금속 착물 X, 형광 발광체 Y 및 호스트 화합물(들)의 양은 합계가 총 100 중량%이고, 발광성 유기금속 착물 X의 단일항 에너지 (ES1(X))가 형광 발광체 Y의 단일항 에너지 (ES1(Y))보다 크고,
    여기서, 형광 발광체 Y의 발광 개시는 발광성 유기금속 착물 X의 발광 개시에 대하여 0 내지 50 nm 만큼 적색-이동되는 것이고,
    여기서, 발광성 유기금속 착물 X는 발광성 이리듐 착물 또는 발광성 구리 착물이고,
    여기서, 발광성 이리듐 착물은 하기 화학식의 화합물이고,





    또는

    식 (X)에서, X 및 Y는 서로 독립적으로 CH 또는 N이며, 단 X 및 Y 중 적어도 하나는 N이고;
    R23, R24, R27 및 R28은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, OCH3, OCF3; 페닐, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐, 카르바졸릴, 디벤조푸라닐, 디벤조티오페닐, 벤조푸라닐 및 벤조티오페닐 (여기서, 상기 언급된 라디칼은 비-치환되거나 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 메톡시, CF3 또는 페닐로 치환될 수 있음); F, CF3, CN 및 SiPh3으로부터 선택된, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기이고;
    R25는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, OCH3, OCF3; 페닐, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐 (여기서, 상기 언급된 라디칼은, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 메톡시 또는 페닐로 치환되거나 비-치환될 수 있음); CF3 및 CN으로부터 선택된, 공여체 또는 수용체 작용을 갖는 기이고,
    여기서, 발광성 구리 착물은 하기 화학식의 화합물인,




    발광층.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 유기 발광 장치를 포함하는, 컴퓨터, 텔레비젼의 시각 디스플레이 유닛, 프린터, 주방용 기구 및 광고 패널, 조명 및 정보 패널에서의 시각 디스플레이 유닛으로 이루어진 군으로부터 선택된 고정식 시각 디스플레이 유닛, 및 휴대폰, 랩톱, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 차량, 및 버스 및 열차의 행선지 디스플레이에서의 시각 디스플레이 유닛으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 이동식 시각 디스플레이 유닛; 조명 유닛; 키보드; 의류 품목; 가구; 월페이퍼로 이루어진 군으로부터 선택된 장치.
  16. 제14항의 발광 층을 포함하는, 컴퓨터, 텔레비젼의 시각 디스플레이 유닛, 프린터, 주방용 기구 및 광고 패널, 조명 및 정보 패널에서의 시각 디스플레이 유닛으로 이루어진 군으로부터 선택된 고정식 시각 디스플레이 유닛, 및 휴대폰, 랩톱, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 차량, 및 버스 및 열차의 행선지 디스플레이에서의 시각 디스플레이 유닛으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 이동식 시각 디스플레이 유닛; 조명 유닛; 키보드; 의류 품목; 가구; 월페이퍼로 이루어진 군으로부터 선택된 장치.
  17. 제14항의 발광 층을 포함하는, 발광 전기화학 전지 (LEEC), 유기 발광 장치 (OLED) 센서, 유기 태양 전지 (OSC), 유기 전계-효과 트랜지스터, 유기 다이오드 및 유기 포토다이오드로 이루어진 군으로부터 선택되는 장치.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 층은 청색 또는 녹색 광을 발광하는 것인, 유기 발광 장치.
  19. 제14항에 있어서, 청색 또는 녹색 광을 발광하는 발광 층.
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