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KR20200145888A - 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합 다환 화합물 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합 다환 화합물 Download PDF

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KR20200145888A
KR20200145888A KR1020190072821A KR20190072821A KR20200145888A KR 20200145888 A KR20200145888 A KR 20200145888A KR 1020190072821 A KR1020190072821 A KR 1020190072821A KR 20190072821 A KR20190072821 A KR 20190072821A KR 20200145888 A KR20200145888 A KR 20200145888A
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KR
South Korea
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group
substituted
unsubstituted
formula
condensed polycyclic
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KR1020190072821A
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Inventor
나오야 사카모토
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to CN202010320052.2A priority patent/CN112110945A/zh
Priority to JP2020077324A priority patent/JP7511378B2/ja
Priority to EP20178473.3A priority patent/EP3754736B1/en
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Abstract

일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 유기층들을 포함하고, 유기층들 중 적어도 하나는 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물을 포함하여 개선된 발광 효율 및 긴 소자 수명을 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00099

Description

유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 축합 다환 화합물{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND FUSED POLYCYCLIC COMPOUND FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 이에 사용되는 축합 다환 화합물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 발광 재료로 사용되는 축합 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 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 고효율 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 발광 효율이 개선된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 개선할 수 있는 축합 다환 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 유기층들을 포함한다. 상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 축합 다환 화합물을 포함한다. 상기 축합 다환 화합물은 5개 고리가 축합되고, 1개의 붕소 원자와 2개의 질소 원자를 포함하는 축합 다환 헤테로고리, 상기 축합 다환 헤테로고리 중 하나에 연결된 아민기, 및 상기 축합 다환 헤테로고리 중 아민기가 연결되지 않은 고리에 붕소 원자, 산소 원자, 황 원자, 또는 질소 원자로 이루어진 군에서 각각 독립적으로 선택되는 2개의 헤테로 원자를 통하여 연결되는 치환 또는 비치환된 아릴기를 포함한다.
상기 유기층들은 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역, 상기 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층, 및 상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역을 포함할 수 있다. 상기 발광층은 상기 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 지연 형광을 방출할 수 있다.
상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하는 지연 형광 발광층이고, 상기 도펀트는 상기 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
상기 축합 다환 헤테로고리는 치환 또는 비치환된 3개의 벤젠고리가 상기 1개의 붕소 원자와 2개의 질소 원자를 통해 연결됨에 따라 상기 5개 고리를 형성하고, 상기 아민기와 상기 붕소 원자는 상기 3개의 벤젠고리 중 하나의 벤젠고리의 파라 위치에 결합할 수 있다.
상기 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 BAr5, O, S, 또는 NAr6 이고, Ar1 내지 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고, Ar1 및 Ar2는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, n1 및 n2는 0 이상 2 이하의 정수이고, n3 및 n4는 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00002
[화학식 2-2]
Figure pat00003
[화학식 2-3]
Figure pat00004
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서, Y는 CR7R8, O, 또는 S이고, R5 내지 R8는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고, 복수의 R5 및 R6 각각은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있고, n5 및 n6 는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이다.
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서, X1 및 X2, R1 내지 R4, Ar3 및 Ar4 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00005
[화학식 3-2]
Figure pat00006
[화학식 3-3]
Figure pat00007
[화학식 3-4]
Figure pat00008
[화학식 3-5]
Figure pat00009
상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5에서, X11 및 X21은 각각 독립적으로 O, S, 또는 NAr6 이고, X12 및 X22은 각각 독립적으로 BAr5, O, 또는 S 이다.
상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5에서, R1 내지 R4, Ar1 내지 Ar6, 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
상기 Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기일 수 있다.
상기 R3는 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이거나, 복수의 R3가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물은 상기 화학식 1로 표시될 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 고효율의 개선된 소자 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 유기 전계 발광 소자의 발광층에 포함되어 유기 전계 발광 소자의 고효율화에 기여할 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.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면 및 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 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.
본 명세서에서, "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. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자 및 이에 포함된 일 실시예의 축합 다환 화합물에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3은 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 복수 개의 유기층들이 배치될 수 있다. 복수 개의 유기층들은 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML), 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.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수 개의 유기층들 중 적어도 하나의 유기층에 후술하는 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광층(EML)에 후술하는 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 발광층(EML) 이외에 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 유기층들인 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)에 포함된 적어도 하나의 유기층에 후술하는 일 실시예에 따른 축합 다환 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.
이후 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에 대한 설명에 있어서, 발광층(EML)에 후술하는 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물을 포함하는 것으로 설명하나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물은 정공 수송 영역(HTR), 또는 전자 수송 영역(ETR)에 포함할 수도 있다.
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 배치된다. 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 1500Å인 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 물질 및 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, 실시예가 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), NPD(N,N
Figure pat00010
′'-diphenyl-(1,1′'-biphenyl)-4,4′'-diamine), 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), CzSi(9-(4-tert-Butylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole) 등을 더 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 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 버퍼층(미도시)에 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.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"은 중수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 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, 비페닐기는 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. 인접하는 기와 서로 결합하여 형성된 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 또한, 서로 결합하여 형성된 고리는 다른 고리와 연결되어 스피로 구조를 형성하는 것일 수도 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, 직접결합(direct linkage)은 단일결합일 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 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.
본 명세서에서, 탄화수소 고리기는 지방족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기, 또는 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기일 수 있다. 탄화수소 고리기의 고리 형성 탄소수 5 이상 60 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 헤테로 고리기는 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리형성 원자로 포함하는 헤테로 고리로부터 유도된 임의의 작용기 또는 치환기일 수 있다. 헤테로 고리기의 고리 형성 탄소수 5 이상 60 이하일 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, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수도 있다. 플루오레닐기가 치환되는 경우의 예시는 하기와 같다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
본 명세서에서, 헤테로아릴기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 수 있다. 헤테로아릴기가 헤테로 원자를 2개 이상 포함할 경우, 2개 이상의 헤테로 원자는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 헤테로아릴기는 단환식 헤테로 고리기 또는 다환식 헤테로 고리기일 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, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 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, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 티에노티오펜기, 벤조퓨란기, 페난트롤린기, 티아졸기, 이소옥사졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 페노티아진기, 디벤조실롤기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 실릴기는 알킬 실릴기 및 아릴 실릴기를 포함한다. 실릴기의 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 붕소기는 알킬 붕소기 및 아릴 붕소기를 포함한다. 붕소기의 예로는 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 디페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
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, 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, 헤테로고리기는 헤테로 원자로 B, O, N, P, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 것일 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.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 5개 고리가 축합되고, 1개의 붕소 원자와 2개의 질소 원자를 포함하는 축합 다환 헤테로고리, 상기 축합 다환 헤테로고리 중 하나에 연결된 아민기, 및 붕소 원자, 산소 원자, 황 원자, 또는 질소 원자로 이루어진 군에서 각각 독립적으로 선택되는 2개의 헤테로 원자를 통하여 상기 축합 다환 헤테로고리 중 아민기가 연결되지 않은 고리에 연결되는 아릴기를 포함한다.
일 실시예에서, 축합 다환 화합물에 포함되는 축합 다환 헤테로고리는 치환 또는 비치환된 3개의 벤젠고리가 상기 1개의 붕소 원자와 2개의 질소 원자를 통해 연결됨에 따라 5개 고리를 형성하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 축합 다환 헤테로고리에 포함되는 3개의 벤젠고리에 있어서, 3개의 벤젠고리는 하나의 붕소 원자를 중심으로 연결되고, 3개의 벤젠고리 중 제1 벤젠고리와 제2 벤젠고리가 하나의 질소 원자를 통해 연결되고, 나머지 제3 벤젠고리가 나머지 하나의 질소 원자를 통해 제1 벤젠고리에 연결될 수 있다. 제1 벤젠고리에는 1개의 붕소 원자와 2개의 질소 원자가 모두 연결될 수 있다.
축합 다환 화합물에 포함되는 아민기는 제1 벤젠고리에 연결될 수 있다. 제1 벤젠고리에 연결된 아민기는 제1 벤젠고리에 연결된 붕소 원자에 대하여 파라 위치에서 결합하는 것일 수 있다.
축합 다환 화합물에 포함되는 아릴기는 아민기가 연결된 제1 벤젠고리가 아닌 다른 벤젠고리에 연결되는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 아릴기는 붕소 원자, 산소 원자, 황 원자, 또는 질소 원자로 이루어진 군에서 각각 독립적으로 선택되는 2개의 헤테로 원자를 통하여, 제2 벤젠고리에 연결될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00015
화학식 1에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 BAr5, O, S, 또는 NAr6 이다. 일 실시예에서, X1 및 X2 중 하나는 BAr5이고, 나머지 하나는 O, S, 또는 NAr6일 수 있다. 또는, X1 및 X2 중 하나는 NAr6이고, 나머지 하는 BAr5, O, 또는 S일 수 있다. 또는, X1 및 X2는 모두 O 일 수 있다.
Ar1 내지 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이다. Ar1 내지 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기일 수 있다. 일 실시예에서, Ar1 및 Ar2는 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 또는, R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, R1 및 R2는 모두 수소 원자일 수 있다. R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
R3는 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다. 또는, 복수의 R3가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 일 실시예에서, R3는 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아미노기 중 어느 하나를 포함하고, 치환 또는 비치환된 페닐기 하나를 포함하며, 인접하는 두 R3가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 또는, R3는 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 아미노기 중 어느 둘을 포함하고, 인접하는 두 R3가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다.
n1 및 n2는 0 이상 2 이하의 정수일 수 있다. 화학식 1에서 n1이 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R1으로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 n1이 2이고 R1이 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n1이 0일 경우와 동일할 수 있다. 화학식 1에서 n1이 2일 경우, 복수의 R1은 서로 동일한 것이거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다. 화학식 1에서 n2가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R2로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 n2가 2이고 R2가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n2가 0일 경우와 동일할 수 있다. 화학식 1에서 n2가 2일 경우, 복수의 R2는 서로 동일한 것이거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다.
n3 및 n4는 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. 화학식 1에서 n3가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R3로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 n3가 2이고 R3가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n3가 0일 경우와 동일할 수 있다. 화학식 1에서 n3가 2일 경우, 복수의 R3는 서로 동일한 것이거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다. 화학식 1에서 n4가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R4로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 1에서 n4가 2이고 R4가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 1에서 n4가 0일 경우와 동일할 수 있다. 화학식 1에서 n4가 2일 경우, 복수의 R4는 서로 동일한 것이거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하나의 붕소 원자와 두개의 질소 원자를 포함하는 5개 고리를 포함하는 축합 다환 고리를 가지는 구조에서 추가적으로 붕소 원자와 벤젠 고리를 사이에 두고 파라 위치에 결합하는 아민기를 포함하며, 두 개의 헤테로원자를 통해 연결되는 아릴기를 더 포함한다. 일 실시예의 축합 다환 화합물은 상기 구조적 특징을 통해, 다중 공명 효과증대에 의해 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)와 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)의 차이가 감소할 수 있다. 따라서, 일 실시예의 축합 다환 화합물을 발광 재료로 포함하는 유기 전계 발광 소자는 역항간 교차가 발생하기 용이해져, 소자의 발광 효율이 개선될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00016
[화학식 2-2]
Figure pat00017
[화학식 2-3]
Figure pat00018
화학식 2-1 내지 화학식 2-3은 화학식 1에서 Ar1 및 Ar2가 치환 또는 비치환된 페닐기인 경우를 나타낸다.
화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서, Y는 CR7R8, O, 또는 S일 수 있다.
R5 내지 R8는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. 복수의 R5 및 R6 각각은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있다. 일 실시예에서, R5 및 R6는 치환 또는 비치환된 옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 옥시기일 수 있다. R7 및 R8은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 메틸기일 수 있다.
n5 및 n6는 0 이상 4 이하의 정수일 수 있다. 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n5가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R5로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n5가 2이고 R5가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n5가 0일 경우와 동일할 수 있다. 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n5가 2일 경우, 복수의 R5는 서로 동일한 것이거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다. 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n6가 0일 경우, 일 실시예의 축합 다환 화합물은 R6로 치환되지 않은 것일 수 있다. 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n6가 2이고 R6가 모두 수소 원자인 경우, 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n6가 0일 경우와 동일할 수 있다. 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서 n6가 2일 경우, 복수의 R6는 서로 동일한 것이거나, 또는 서로 상이한 것일 수 있다.
한편, 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서, X1 및 X2, R1 내지 R4, Ar3 및 Ar4 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure pat00019
[화학식 3-2]
Figure pat00020
[화학식 3-3]
Figure pat00021
[화학식 3-4]
Figure pat00022
[화학식 3-5]
Figure pat00023
화학식 3-1 내지 화학식 3-5은 화학식 1에서 X1 및 X2가 각각 독립적으로 BAr5, O, S, 또는 NAr6 중 어느 하나로 특정된 것을 나타낸다.
화학식 3-1 및 화학식 3-2에서, X11 및 X21은 각각 독립적으로 O, S, 또는 NAr6 이다. 화학식 3-3 및 화학식 3-4에서, X12 및 X22은 각각 독립적으로 BAr5, O, 또는 S 이다.
한편, 화학식 3-1 내지 화학식 3-5에서, R1 내지 R4, Ar1 내지 Ar6, 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
일 실시예의 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 적어도 하나의 축합 다환 화합물을 발광층(EML)에 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 열활성 지연 형광 발광 재료일 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)와 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)의 차이(△EST)가 0.2eV 이하인 열활성 지연 형광 도펀트일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물의 △EST는 0.01eV 이하일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 430nm 이상 490nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 발광 재료일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1로 표시되는 일 실시예의 축합 다환 화합물은 청색 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 도펀트일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 일 실시예의 축합 다환 화합물이 발광 재료로 사용될 경우 축합 다환 화합물은 적색 발광 도펀트, 녹색 발광 도펀트 등의 다양한 파장 영역의 광을 방출하는 도펀트 물질로 사용될 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.
또한, 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)은 490nm 이상의 영역의 청색광을 방출하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광층(EML)은 녹색광 또는 적색광을 방출하는 것일 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)는 복수의 발광층들을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 발광층들은 순차적으로 적층되는 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 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하며 상술한 축합 다환 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 축합 다환 화합물을 지연 형광 발광용 도펀트로 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 상술한 화합물군 1에 표시된 축합 다환 화합물들 중 적어도 하나를 열활성 지연 형광 도펀트로 포함할 수 있다.
한편, 발광층(EML)의 호스트 재료로서는, 공지의 재료를 사용할 수 있고, 특히 한정되는 것은 아니지만, 플루오란텐(fluoranthene) 유도체, 피렌(pyrene) 유도체, 아릴아세틸렌(arylacetylene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 플루오렌(fluorene) 유도체, 페릴렌(perylene) 유도체, 크리센(chrysene) 유도체 등으로부터 선택된다. 바람직하게는, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체를 들 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)의 호스트 재료로서, 하기 화학식 6으로 표시되는 안트라센 유도체를 사용할 수도 있다.
[화학식 6]
Figure pat00033
화학식 6에서, W1 내지 W4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 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 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, m1 및 m2는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이며, m3 및 m4는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수이다.
m1이 1일 경우, W1은 수소 원자가 아닐 수 있고, m2가 1일 경우, W2는 수소 원자가 아닐 수 있으며, m3가 1일 경우, W3은 수소 원자가 아닐 수 있고, m4가 1일 경우, W4는 수소 원자가 아닐 수 있다.
m1이 2 이상일 경우, 복수의 W1은 서로 동일하거나 상이하다. m2가 2 이상일 경우, 복수의 W2는 서로 동일하거나 상이하다. m3이 2 이상일 경우, 복수의 W3은 서로 동일하거나 상이하다. m4가 2 이상일 경우, 복수의 W4는 서로 동일하거나 상이하다.
화학식 6으로 표시되는 화합물은 일 예로서, 하기 구조식으로 나타낸 화합물을 들 수 있다. 단, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물이 이하에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00034
일 실시예에서 발광층(EML)은 호스트 재료로, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(n-vinylcabazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene), 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), DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]etheroxide), CP1 (Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2 (1,4-bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4 (Octaphenylcyclotetra siloxane), 또는 PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran), mCBP(3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene), DNA(9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracene) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제시된 호스트 재료 이외에 공지의 지연 형광 발광 호스트 재료가 포함될 수 있다.
한편, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 공지의 도펀트 재료를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 발광층(EML)은 도펀트로 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 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 발광층(EML)은 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)가 서로 다른 두 개의 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 제1 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 갖는 호스트, 제1 최저 삼중항 여기 에너지 준위 보다 낮은 제2 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 갖는 제1 도펀트, 및 제2 최저 삼중항 여기 에너지 준위 보다 낮은 제3 최저 삼중항 여기 에너지 준위를 갖는 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 발광층(EML)은 제1 도펀트로 상술한 일 실시예의 축합 다환 화합물을 포함할 수 있다.
발광층(EML)에 호스트, 제1 도펀트, 및 제2 도펀트를 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 제1 도펀트는 지연 형광 도펀트이고, 제2 도펀트는 형광 도펀트일 수 있다. 또한, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 보조 도펀트(assistant dopant) 역할을 하는 것일 수 있다.
예를 들어, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)의 발광층(EML)이 복수 개의 도펀트들을 포함할 때, 발광층(EML)은 상술한 일 실시예의 다환 화합물을 제1 도펀트로 포함하고, 상술한 공지의 도펀트 물질을 제2 도펀트로 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(EML)이 청색광을 발광할 때, 발광층(EML)은 제2 도펀트로 발광층(EML)은 도펀트로 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) 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 또한, 제2 도펀트로는 Ir, Pt, Pd 등을 코어 원자로 포함하는 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex), 페릴렌(perlene) 및 그 유도체 등이 사용될 수도 있다.
한편, 일 실시예의 축합 다환 화합물을 발광층(EML)의 제1 도펀트로 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 녹색광 또는 적색광을 방출하는 것일 수 있으며, 이때 사용되는 제2 도펀트 물질은 상술한 공지의 도펀트이거나 또는 공지의 녹색 형광 도펀트 또는 공지의 적색 형광 도펀트일 수 있다.
일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서 발광층(EML)은 인광 발광층일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물은 인광 호스트 물질로 발광층(EML)에 포함될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 일 실시예의 유기 전계 발광 소자(10)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 상에 배치된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층, 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/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 100Å 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-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene), 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), TSPO1(diphenyl(4-(triphenylsilyl)phenyl)phosphine oxide) 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, RbI와 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 500Å, 약 3Å 내지 약 300Å일 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 배치된다. 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)가 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)가 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
상술한 일 실시예의 축합 다환 화합물은 하나의 붕소 원자와 두개의 질소 원자를 포함하는 5개 고리를 포함하는 축합 다환 고리를 가지는 구조에 추가적으로,붕소 원자와 벤젠 고리를 사이에 두고 파라 위치에 결합하는 아민기를 포함하며, 두 개의 헤테로원자를 통해 연결되는 아릴기를 더 포함한다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물은 다중 공명 효과 증대에 의해 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)와 최저 삼중항 에너지(T1 level) 준위 차이가 감소할 수 있고, 일 실시예의 축합 다환 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광 재료로 사용할 경우 유기 전계 발광 소자의 고효율을 구현할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 일 실시예 따른 축합 다환 화합물 및 일 실시예의 유기 전계 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 축합 다환 화합물의 합성
먼저, 본 실시 형태에 따른 축합 다환 화합물의 합성 방법에 대해서, 화합물 1, 화합물 2, 화합물 3, 화합물 41, 화합물 52, 화합물 55, 및 화합물 67의 합성 방법을 예시하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 축합 다환 화합물의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 축합 다환 화합물의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
(1) 화합물 1의 합성
(화합물 A의 합성)
Figure pat00035
아르곤(Ar) 분위기 하, 1000 mL의 3구 Flask에, 1,3-Dibromo-5-chlorobenzene (25.0g), Diphenylamine (31.3g), Bis(dibenzylideneacetone)palladium(0)(Pd(dba)2,1.06g), 2-Dicyclohexylphosphino-2',6'-dimethoxybiphenyl (SPhos, 0.76 g), Sodium tert-butoxide (NaOtBu, 18.0 g)를 넣고, Toluene (300 mL)에 용해해, 100°C로 2시간 가열 교반했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발 시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 정제하여, 화합물 A를 37.2 g (수율 90%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 A의 분자량은, 446이었다.
(화합물 B의 합성)
Figure pat00036
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 Flask에, A (35.0g), Aniline (10.9g), Pd(dba)2 (0.45g), SPhos (0.32g), NaOtBu (11.3g)을 넣고, Toluene (200 mL)에 용해해, 1시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발 시켰다. 얻어진 조생성물에 에탄올을 더해 초음파 세정해, 화합물 B를 37.1g (수율 94%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 B의 분자량은, 503이었다.
(화합물 D의 합성)
Figure pat00037
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 Flask에, B (10.0g), C (10.7g), Pd(dba)2 (0.11g), SPhos (0.08g), NaOtBu (1.91g)을 넣고, Toluene (100 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 한편 아자보리닌(Azaborinine) 유사체 C 는 비특허문헌(Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1802031)을 참고해 합성하였다.
물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발 시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 D를 16.9g (수율 89%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 D의 분자량은, 959였다.
(화합물 1의 합성)
Figure pat00038
아르곤(Ar) 분위기 하, 300 mL의 3구 Flask에, D (16.0g)를 넣고, o-Dichlorobenzene (ODCB, 100 mL)에 용해해, 빙욕에서 0°C로 냉각해, Boron Tribromide (BBr3, 3.1 mL)를 적하했다. 적하 종료 후, 150°C로 3시간 가열 교반해, 빙욕에서 0°C로 냉각해 Triethylamine (23 mL)을 더했다. 실온으로 되돌린 후, 반응 용액을 실리카 겔로 여과해, 여과 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 톨루엔으로부터의 재결정으로 정제해, 화합물 1을 1.29g (수율 8%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 1의 분자량은, 966이었다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 1임을 확인할 수 있었다.
(2) 화합물 2의 합성
(화합물 F의 합성)
Figure pat00039
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 Flask에, B (10.0 g), E (9.16 g), Pd(dba)2 (0.11 g), SPhos (0.08 g), NaOtBu (1.91 g)을 넣고, Toluene (100 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 한편, 옥사보리닌(Oxaborinine) 유사체 E 는 비특허문헌(Chem. Commun. 2015, 51, 9443-9446)을 참고해 합성했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발 시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 F를 16.1 g (수율 92%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 F의 분자량은, 883이었다.
(화합물 2의 합성)
Figure pat00040
아르곤(Ar) 분위기 하, 300 mL의 3구 Flask에, F (16.0 g)를 넣고, ODCB (100 mL)에 용해해, 빙욕에서 0°C로 냉각해, BBr3 (3.4 mL)을 적하했다. 적하 종료 후, 150°C로 2시간 가열 교반해, 빙욕에서 0°C로 냉각해 Triethylamine (25 mL)을 더했다. 실온으로 되돌린 후, 반응 용액을 실리카 겔로 여과해, 여과 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 톨루엔으로부터의 재결정으로 정제해, 화합물 2를 1.61 g (수율 10%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 2의 분자량은, 891이었다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 2임을 확인할 수 있었다.
(3) 화합물 3의 합성
(화합물 H의 합성)
Figure pat00041
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 Flask에, B (10.0 g), G (9.48 g), Pd(dba)2 (0.11 g), SPhos (0.08 g), NaOtBu (1.91 g)을 넣고, Toluene (100 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 한편, 티아보리닌(Thiaborinine) 유사체 G는 비특허문헌(Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1802031)을 참고해 합성했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 H를 15.3 g (수율 86%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 H의 분자량은, 900이었다.
(화합물 3의 합성)
Figure pat00042
아르곤(Ar) 분위기 하, 300 mL의 3구 Flask에, H (15.0 g)를 넣고, ODCB (100 mL)에 용해해, 빙욕에서 0°C로 냉각해, BBr3 (3.1 mL)을 적하했다. 적하 종료 후, 150°C로 2시간 가열 교반해, 빙욕에서 0°C로 냉각해 Triethylamine (23 mL)을 더했다. 실온으로 되돌린 후, 반응 용액을 실리카 겔로 여과해, 여과 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 톨루엔으로부터의 재결정으로 정제해, 화합물 3을 1.06 g (수율 7%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 3의 분자량은, 907이었다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 3임을 확인할 수 있었다.
(4) 화합물 41의 합성
(화합물 J의 합성)
Figure pat00043
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 Flask에, B (15.0 g), 3-Bromo-10-phenylphenoxazine (10.1 g), Pd(dba)2 (0.17 g), SPhos (0.12 g), NaOtBu (2.86 g)을 넣고, Toluene (100 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 J를 17.4 g (수율 77%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 J의 분자량은, 760이었다.
(화합물 41의 합성)
Figure pat00044
아르곤(Ar) 분위기 하, 300 mL의 3구 Flask에, J (15.0 g)를 넣고, ODCB (100 mL)에 용해해, 빙욕에서 0°C로 냉각해, BBr3 (3.7 mL)을 적하했다. 적하 종료 후, 150°C로 2시간 가열 교반해, 빙욕에서 0°C로 냉각해 Triethylamine (27 mL)을 더했다. 실온으로 되돌린 후, 반응 용액을 실리카 겔로 여과해, 여과 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 톨루엔으로부터의 재결정으로 정제해, 화합물 41을 2.27 g (수율 15%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 41의 분자량은, 768이었다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 41임을 확인할 수 있었다.
(5) 화합물 52의 합성
(화합물 K의 합성)
Figure pat00045
아르곤(Ar) 분위기 하, 1000 mL의 3구 Flask에, 2-Bromo-10-phenylphenoxazine (30.0 g), Aniline (8.26 g), Pd(dba)2 (0.51 g), SPhos (0.36 g), NaOtBu (8.52 g)을 넣고, Toluene (300 mL)에 용해해, 1시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 K를 23.3 g (수율 75%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 K의 분자량은, 350이었다.
(화합물 L의 합성)
Figure pat00046
아르곤(Ar) 분위기 하, 1000 mL의 3구 Flask에, 1,3,5-Tribromobenzene (50.0 g), Diphenylamine (26.8 g), Pd(dba)2 (0.91 g), Bis(diphenylphosphino)ferrocene (dppf, 1.76 g), NaOtBu (15.3 g)을 넣고, Toluene (300 mL)에 용해해, 2시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 L을 25.6 g (수율 40%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 L의 분자량은, 403이었다.
(화합물 M의 합성)
Figure pat00047
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 Flask에, L (10.0 g), K (17.4 g), Pd(dba)2 (0.14 g), SPhos (0.10 g), NaOtBu (4.80 g)을 넣고, Toluene (100 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 M을 15.9 g (수율 68%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 M의 분자량은, 942였다.
(화합물 52의 합성)
Figure pat00048
아르곤(Ar) 분위기 하, 300 mL의 3구 Flask에, M (15.0 g)을 넣고, ODCB (100 mL)에 용해해, 빙욕에서 0°C로 냉각해, BBr3 (3.0 mL)을 적하했다. 적하 종료 후, 150°C로 4시간 가열 교반해, 빙욕에서 0°C로 냉각해 Triethylamine (22 mL)을 더했다. 실온으로 되돌린 후, 반응 용액을 실리카 겔로 여과해, 여과 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 톨루엔으로부터의 재결정으로 정제해, 화합물 52를 3.02 g (수율 20%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 52의 분자량은, 949였다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 52임을 확인할 수 있었다.
(6) 화합물 55의 합성
(화합물 N의 합성)
Figure pat00049
아르곤(Ar) 분위기 하, 1000 mL의 3구 Flask에, 2-Bromodibenzodioxine (30.0 g), Aniline (10.6 g), Pd(dba)2 (0.66 g), SPhos (0.46 g), NaOtBu (11.0 g)을 넣고, Toluene (400 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 N을 21.9 g (수율 70%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 N의 분자량은, 275였다.
(화합물 O의 합성)
Figure pat00050
아르곤(Ar) 분위기 하, 1000 mL의 3구 Flask에, N (20.0 g), L (14.6 g), Pd(dba)2 (0.41 g), SPhos (0.30 g), NaOtBu (6.98 g)을 넣고, Toluene (250 mL)에 용해해, 4시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 O를 18.7 g (수율 65%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 O의 분자량은, 791이었다.
(화합물 55의 합성)
Figure pat00051
아르곤(Ar) 분위기 하, 300 mL의 3구 Flask에, O (15.0 g)를 넣고, ODCB (100 mL)에 용해해, 빙욕에서 0°C로 냉각해, BBr3 (3.5 mL)을 적하했다. 적하 종료 후, 150°C로 2시간 가열 교반해, 빙욕에서 0°C로 냉각해 Triethylamine (26 mL)을 더했다. 실온으로 되돌린 후, 반응 용액을 실리카 겔로 여과해, 여과 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 톨루엔으로부터의 재결정으로 정제해, 화합물 55를 2.73 g (수율 18%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 55의 분자량은, 799였다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 55임을 확인할 수 있었다.
(7) 화합물 67의 합성
(화합물 P의 합성)
Figure pat00052
아르곤(Ar) 분위기 하, 1000 mL의 3구 Flask에, 2-Bromo-9-phenylcarbazole (50.0 g), Aniline (14.5 g), Pd(dba)2 (0.90 g), SPhos (0.64 g), NaOtBu (14.9 g)을 넣고, Toluene (400 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 P를 35.3 g (수율 68%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 P의 분자량은, 334였다.
(화합물 Q의 합성)
Figure pat00053
아르곤(Ar) 분위기 하, 1000 mL의 3구 Flask에, P (20.0 g), L (24.1 g), Pd(dba)2 (0.34 g), dppf (0.66 g), NaOtBu (5.74 g)을 넣고, Toluene (200 mL)에 용해해, 2시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 Q를 20.4 g (수율 52%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 Q의 분자량은, 656이었다.
(화합물 R의 합성)
Figure pat00054
아르곤(Ar) 분위기 하, 500 mL의 3구 Flask에, Q (19.0 g), K (10.1 g), Pd(dba)2 (0.16 g), SPhos (0.12 g), NaOtBu (2.78 g)을 넣고, Toluene (100 mL)에 용해해, 3시간 가열 환류했다. 물을 더해 CH2Cl2로 추출해, 유기층을 모아 MgSO4로 건조한 후, 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 실리카 겔 컬럼크로마토그래피로 정제해, 화합물 R을 17.4 g (수율 65%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 R의 분자량은, 926이었다.
(화합물 67의 합성)
Figure pat00055
아르곤(Ar) 분위기 하, 300 mL의 3구 Flask에, R (15.0 g)을 넣고, ODCB (100 mL)에 용해해, 빙욕에서 0°C로 냉각해, BBr3 (3.1 mL)을 적하했다. 적하 종료 후, 150°C로 4시간 가열 교반해, 빙욕에서 0°C로 냉각해 Triethylamine (22 mL)을 더했다. 실온으로 되돌린 후, 반응 용액을 실리카 겔로 여과해, 여과 용매를 감압 증발시켰다. 얻어진 조생성물을 톨루엔으로부터의 재결정으로 정제해, 화합물 67을 2.12 g (수율 14%) 얻었다. FAB-MS측정으로 측정된 화합물 67의 분자량은, 933이었다. 상기 결과를 통해, 획득한 화합물이 화합물 67임을 확인할 수 있었다.
2. 축합 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 및 평가
(유기 전계 발광 소자의 제작)
상술한 화합물 1, 2, 3, 41, 52, 55, 및 67을 발광층 도펀트 재료로 사용하여 실시예 1 내지 7의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 화합물]
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
하기 비교예 화합물 c1 내지 c4를 비교예 소자 작성에 사용하였다.
[비교예 화합물]
Figure pat00059
일 실시예의 축합 다환 화합물을 발광층에 포함하는 일 실시예의 유기 전계 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 실시예 1 내지 실시예 7은 상술한 실시예 화합물인 화합물 1, 화합물 2, 화합물 3, 화합물 41, 화합물 52, 화합물 55, 및 화합물 67을 발광 재료로 사용하여 제작된 유기 전계 발광 소자에 해당한다. 비교예 1 내지 비교예 4는 비교예 화합물 c1 내지 비교예 화합물 c4를 발광 재료로 사용하여 제작된 유기 전계 발광 소자에 해당한다.
ITO로 150nm 두께의 제1 전극을 형성하고, HAT-CN(1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)으로 10nm 두께의 정공 주입층을 형성하고, α-NPD(N,N
Figure pat00060
hthyl)-N,N′'-diphenyl-(1,1′'-biphenyl)-4,4′'-diamine)로 80nm 두께의 제1 정공 수송층을 형성하고, mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene)로 5nm 두께의 제2 정공 수송층을 형성하고, mCBP(3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl)에 실시예 화합물 또는 비교예 화합물을 1% 도프한 20nm 두께의 발광층을 형성하고, TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)로 30nm 두께의 전자 수송층을 형성하고, LiF로 0.5nm 두께의 전자 주입층을 형성하고, Al로 100nm 두께의 제2 전극을 형성하였다. 각 층은 진공 분위기 하에서 증착법에 의해 형성하였다.
실시예 및 비교예의 유기 전계 발광 소자 제작에 사용된 화합물들은 아래에 개시하였다.
Figure pat00061
(실험예)
상술한 실험예 화합물 1, 화합물 2, 화합물 3, 화합물 41, 화합물 52, 화합물 55, 및 화합물 67 및 비교예 화합물 c1 내지 c4로 제작한 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 평가하였다. 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
소자작성예 도펀트 화합물 발광 파장
(nm)		 최대 외부 양자 효율(EQEmax)
(%)		 외부 양자 효율 (at 1000nit) (EQE1000nit)
(%)
실시예 1 화합물 1 467 24 17
실시예 2 화합물 2 466 22 16
실시예 3 화합물 3 467 23 17
실시예 4 화합물 41 494 20 15
실시예 5 화합물 52 471 21 16
실시예 6 화합물 55 468 20 15
실시예 7 화합물 67 470 21 15
비교예 1 비교예 화합물 c1 450 13 10
비교예 2 비교예 화합물 c2 460 16 10
비교예 3 비교예 화합물 c3 468 13 5
비교예 4 비교예 화합물 c4 476 16 7
표 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축합 다환 화합물을 발광 재료로 사용한 유기 전계 발광 소자의 실시예들의 경우 비교예와 비교하여 청색광의 발광 파장을 유지하면서도, 최대 외부 양자 효율 및 1000nit 에서의 외부 양자 효율이 모두 향상된 것을 확인할 수 있다.
실시예 화합물들의 경우 하나의 붕소 원자와 두개의 질소 원자를 포함하는 5개 고리를 포함하는 축합 다환 고리를 가지는 구조의 다환 화합물에 있어서, 붕소 원자와 벤젠 고리를 사이에 두고 파라 위치에 결합하는 아민기를 포함하며, 두 개의 헤테로원자를 통해 연결되는 아릴기를 더 포함하여, 다중 공명 효과가 증대된다. 이에 따라, 두 개의 헤테로원자로 연결되는 아릴기를 포함하지 않거나, 붕소 원자와 파라 위치에 결합하는 아민기를 포함하지 않는 비교예 화합물과 비교하여 최저 일중항 여기 에너지 준위(S1 level)와 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 level)의 차이가 감소할 수 있고, 이에 따라 실시예들의 유기 전계 발광 소자들은 비교예의 유기 전계 발광 소자 보다 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다. 특히, 일 실시예의 유기 전계 발광 소자는 일 실시예의 축합 다환 화합물을 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 유기 전계 발광 소자의 도펀트로 포함함으로써 청색광 파장 영역에서 높은 발광 효율을 구현할 수 있다.
비교예 1 내지 3에 포함된 비교예 화합물 c1 및 c3의 경우 하나의 붕소 원자와 두개의 질소 원자를 코어 원자로 포함하는 5개 고리 축합 다환 헤테로고리를 포함하나, 축합 다환 헤테로고리에 두 개의 헤테로원자를 통해 연결되는 아릴기를 포함하지 않는다. 이에 따라, 실시예 화합물이 가지는 다중 공명 증대 효과를 가질 수 없어, 비교예 1 내지 3은 실시예에 비해 낮은 발광 효율을 가진다. 더욱이, 비교예 3에 포함된 비교예 화합물 c3의 경우 붕소 원자와 파라 위치에 결합하는 아민기 또한 포함하지 않으므로, 다중 공명 범위가 더욱 감소할 수 있다.
비교예 4에 포함된 비교예 화합물 c4의 경우, 하나의 붕소 원자와 두개의 질소 원자를 코어 원자로 포함하는 5개 고리 축합 다환 헤테로고리에 두 개의 헤테로원자인 붕소 원자와 질소 원자를 통해 아릴기가 연결된 구조를 포함하나, 붕소 원자와 파라 위치에 결합하는 아민기를 포함하지 않는다. 이에 따라, 실시예 화합물에 비해 다중 공명 증대 효과가 감소하여, 비교예 4는 실시예에 비해 낮은 발광 효율을 가진다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 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

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 유기층들을 포함하고,
    상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 축합 다환 화합물을 포함하고,
    상기 축합 다환 화합물은
    5개 고리가 축합되고, 1개의 붕소 원자와 2개의 질소 원자를 포함하는 축합 다환 헤테로고리;
    상기 축합 다환 헤테로고리 중 하나에 연결된 아민기; 및
    상기 축합 다환 헤테로고리 중 아민기가 연결되지 않은 고리에 붕소 원자, 산소 원자, 황 원자, 또는 질소 원자로 이루어진 군에서 각각 독립적으로 선택되는 2개의 헤테로 원자를 통하여 연결되는 치환 또는 비치환된 아릴기를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기층들은
    상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상에 배치된 발광층; 및
    상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 축합 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발광층은 지연 형광을 방출하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하는 지연 형광 발광층이고,
    상기 도펀트는 상기 축합 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 축합 다환 헤테로고리는
    치환 또는 비치환된 3개의 벤젠고리가 상기 1개의 붕소 원자와 2개의 질소 원자를 통해 연결됨에 따라 상기 5개 고리를 형성하고,
    상기 아민기와 상기 붕소 원자는 상기 3개의 벤젠고리 중 하나의 벤젠고리의 파라 위치에 결합하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 축합 다환 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00062

    상기 화학식 1에서,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 BAr5, O, S, 또는 NAr6 이고,
    Ar1 내지 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar1 및 Ar2는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    n1 및 n2는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    n3 및 n4는 0 이상 4 이하의 정수이다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00063

    [화학식 2-2]
    Figure pat00064

    [화학식 2-3]
    Figure pat00065

    상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서,
    Y는 CR7R8, O, 또는 S이고,
    R5 내지 R8는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고, 복수의 R5 및 R6 각각은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있고,
    n5 및 n6 는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    X1 및 X2, R1 내지 R4, Ar3 및 Ar4 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5 중 어느 하나로 표시되는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 3-1]
    Figure pat00066

    [화학식 3-2]
    Figure pat00067

    [화학식 3-3]
    Figure pat00068

    [화학식 3-4]
    Figure pat00069

    [화학식 3-5]
    Figure pat00070

    상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5에서,
    X11 및 X21은 각각 독립적으로 O, S, 또는 NAr6 이고,
    X12 및 X22은 각각 독립적으로 BAr5, O, 또는 S 이고,
    R1 내지 R4, Ar1 내지 Ar6, 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기인 유기 전계 발광 소자.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 R3는 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이거나, 복수의 R3가 서로 결합하여 고리를 형성하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기인 유기 전계 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 축합 다환 화합물은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073

    Figure pat00074

    Figure pat00075

    Figure pat00076

    Figure pat00077

    Figure pat00078

    Figure pat00079
    .
  13. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수 개의 유기층들을 포함하고,
    상기 유기층들 중 적어도 하나의 유기층은 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00080

    상기 화학식 1에서,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 BAr5, O, S, 또는 NAr6 이고,
    Ar1 내지 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar1 및 Ar2는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    n1 및 n2는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    n3 및 n4는 0 이상 4 이하의 정수이다.
  14. 하기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00081

    상기 화학식 1에서,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 BAr5, O, S, 또는 NAr6 이고,
    Ar1 내지 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar1 및 Ar2는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    n1 및 n2는 0 이상 2 이하의 정수이고,
    n3 및 n4는 0 이상 4 이하의 정수이다.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3 중 어느 하나로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00082

    [화학식 2-2]
    Figure pat00083

    [화학식 2-3]
    Figure pat00084

    상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-3에서,
    Y는 CR7R8, O, 또는 S이고,
    R5 내지 R8는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환 고리형성 탄소수 6 이상 60 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리형성 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로아릴기이고, 복수의 R5 및 R6 각각은 서로 결합하여 고리를 형성할 수도 있고,
    n5 및 n6 는 각각 독립적으로 0 이상 4 이하의 정수이고,
    X1 및 X2, R1 내지 R4, Ar3 및 Ar4 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 축합 다환 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5 중 어느 하나로 표시되는 축합 다환 화합물:
    [화학식 3-1]
    Figure pat00085

    [화학식 3-2]
    Figure pat00086

    [화학식 3-3]
    Figure pat00087

    [화학식 3-4]
    Figure pat00088

    [화학식 3-5]
    Figure pat00089

    상기 화학식 3-1 내지 화학식 3-5에서,
    X11 및 X21은 각각 독립적으로 O, S, 또는 NAr6 이고,
    X12 및 X22은 각각 독립적으로 BAr5, O, 또는 S 이고,
    R1 내지 R4, Ar1 내지 Ar6, 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기인 축합 다환 화합물.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 R3는 치환 또는 비치환된 아미노기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 티오기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이거나, 복수의 R3가 서로 결합하여 고리를 형성하는 축합 다환 화합물.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 메틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기인 축합 다환 화합물.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 축합 다환 화합물 은 하기 화합물군 1에 표시된 화합물들 중 선택되는 적어도 하나인 것인 축합 다환 화합물:
    [화합물군 1]
    Figure pat00090

    Figure pat00091

    Figure pat00092

    Figure pat00093

    Figure pat00094

    Figure pat00095

    Figure pat00096

    Figure pat00097

    Figure pat00098
    .
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