KR101584484B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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허정오
강민영
허동욱
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Abstract

본 명세서는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 발광 소자 {ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 명세서는 2014년 4월 4일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2014-0040818호, 2015년 1월 23일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2015-0011540호 및 2015년 1월 23일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2015-0011570 호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 현상은 특정 유기 분자의 내부 프로세스에 의하여 전류가 가시광으로 전환되는 예의 하나이다. 유기 발광 현상의 원리는 다음과 같다.
애노드와 캐소드 사이에 유기물층을 위치시켰을 때 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 캐소드와 애노드로부터 각각 전자와 정공이 유기물층으로 주입된다. 유기물층으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다. 이러한 원리를 이용하는 유기 발광 소자는 일반적으로 캐소드와 애노드 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하는 유기물층으로 구성될 수 있다.
유기 발광 소자에서 사용되는 물질로는 순수 유기 물질 또는 유기 물질과 금속이 착물을 이루는 착화합물이 대부분을 차지하고 있으며, 용도에 따라 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등으로 구분될 수 있다. 여기서, 정공주입 물질이나 정공수송 물질로는 p-타입의 성질을 가지는 유기물질, 즉 쉽게 산화가 되고 산화시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 한편, 전자주입 물질이나 전자수송 물질로는 n-타입 성질을 가지는 유기 물질, 즉 쉽게 환원이 되고 환원시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 발광층 물질로는 p-타입 성질과 n-타입 성질을 동시에 가진 물질, 즉 산화와 환원 상태에서 모두 안정한 형태를 갖는 물질이 바람직하며, 엑시톤이 형성되었을 때 이를 빛으로 전환하는 발광 효율이 높은 물질이 바람직하다.
당 기술분야에서는 높은 효율의 유기 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
한국 특허공개공보 2000-0051826
본 명세서의 목적은 높은 발광 효율 및/또는 낮은 구동전압을 갖는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 명세서는 캐소드; 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층; 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하고, 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 제1 전자수송층; 및 상기 캐소드와 상기 제1 전자수송층 사이에 구비된 제2 전자수송층을 포함하며,
상기 제2 전자수송층은 하기 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물 중 1 또는 2 이상을 포함하는 호스트 물질과 알칼리 금속 및 알칼리토금속 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 n형 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112015037845625-pat00001
화학식 1에 있어서,
Ar1 내지 Ar3는 서로 상이하고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
Ar3는 하기 화학식 2로 표시되고,
[화학식 2]
Figure 112015037845625-pat00002
화학식 2에 있어서,
R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하거나, 동일 탄소 내의 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 스피로 결합을 형성한다.
L1은 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
l은 1 내지 5의 정수이고,
m은 1 내지 3의 정수이며,
n은 1 내지 4의 정수이고,
l, m 및 n 이 각각 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하며,
[화학식 3]
Figure 112015037845625-pat00003
화학식 3에 있어서,
A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
L2 및 L3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
A는 치환 또는 비치환된 하기 구조 중 어느 하나이고,
Figure 112015037845625-pat00004
X는 O; S; 또는 CT12T13이며,
o 및 p는 1 내지 3의 정수이며,
o 및 p가 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하고,
T1 내지 T8, T12 및 T13은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하며,
[화학식 4]
Figure 112015037845625-pat00005
화학식 4에 있어서,
q는 1 내지 4의 정수이고,
r은 1 내지 8의 정수이며,
q 및 r이 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하고,
T9 및 T10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하며,
T9 및 T10 중 적어도 하나는 하기 구조이고,
Figure 112015037845625-pat00006
L4는 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
X1은 O; S; 또는 Se이고,
Ar4 및 Ar5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 뙤는 비치환된 헤테로고리기이며,
[화학식 5]
Figure 112015037845625-pat00007
화학식 5에 있어서,
L6 및 L7은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
A'는 치환 또는 비치환된 파이레닐렌기이며,
Cz는 치환 또는 비치환된 카바졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 낮은 구동전압 및/또는 높은 발광 효율을 제공한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 5는 화합물 1-6의 HOMO(AC3) 준위 측정 데이터 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 화합물 1-8의 HOMO(AC3) 준위 측정 데이터 결과를 나타낸 도이다.
도 7은 화합물 1-30의 HOMO(AC3) 준위 측정 데이터 결과를 나타낸 도이다.
도 8은 화합물 1-138의 HOMO(AC3) 준위 측정 데이터 결과를 나타낸 도이다.
도 9는 화합물 2-5의 HOMO(AC3) 준위 측정 데이터 결과를 나타낸 도이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서는 캐소드; 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층; 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하고, 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 제1 전자수송층; 및 상기 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물 중 1 종 이상의 호스트 물질 및 알칼리 금속 및 알칼리토금속 중 1종 이상의 도펀트를 포함하고, 상기 캐소드와 상기 제1 전자수송층 사이에 구비된 제2 전자수송층을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 유기물층은 제1 전자수송층으로 제2 전자수송층에 비하여, 발광층에 인접하여 구비된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 제1 전자수송층에 비하여, 캐소드에 인접하게 구비된다.
본 명세서에서 "인접"이란, 상대적으로 가깝게 배치된 것을 의미한다. 이 때, 물리적으로 접하는 경우를 포함할 수 있고, 인접한 유기물 층 사이에 추가의 유기물층이 구비된 경우도 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 청색 형광 발광을 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 백색 발광을 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 HOMO 에너지 준위는 6 eV 이상이다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 HOMO 에너지 준위는 6.0 eV 이상 7.0 eV 이하이다. 본 명세서의 일 실시상태에 따라 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 같이 깊은 HOMO 에너지 준위를 갖는 경우에는 발광층으로부터 정공을 효과적으로 차단할 수 있어, 높은 발광 효율을 제공할 수 있으며, 소자의 안정성을 향상시켜 장수명의 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 상기 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 HOMO 에너지 준위의 차는 0.2 eV 이상이다. 상기와 같이, 발광층의 호스트 물질과 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 HOMO 에너지 준위의 차가 0.2 eV 이상인 경우, 발광층으로부터 더욱 효과적으로 정공을 차단할 수 있어 높은 발광 효율 및 장수명의 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층에 접하여 구비된다. 이 경우, 발광층의 호스트 화합물보다 더 깊은 HOMO 에너지 준위를 가짐으로써 정공의 차단을 효과적으로 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태와 같이, 청색 형광 발광을 하는 유기 발광 소자의 경우에는 호스트 재료로 안트라센 유도체를 주로 사용하며, 이 경우, 6 eV 미만의 HOMO 에너지 준위를 갖는다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 유기물층을 캐소드와 발광층 사이에 구비하는 경우에는 전자의 이동과 함께 정공의 차단역할을 동시에 할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 HOMO 준위는 대기하 광전자 분광장치(RIKEN KEIKI Co., Ltd. 제조: AC3)를 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로 재료에 광을 조사하고, 그 때 전하 분리에 의해 생기는 전자량을 측정함으로써 상기 HOMO 준위를 측정할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 삼중항 에너지는 2.2 eV 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라, 상기 다양한 범위의 삼중항 에너지를 갖는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 경우에는 유기 발광 소자에서 효과적으로 발광층의 삼중항 엑시톤을 효과적으로 차단하여 높은 효율 및/또는 장수명의 소자를 기대할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 삼중항 에너지는 상기 호스트의 삼중항 에너지보다 크다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 삼중항 에너지(ET)는 저온 광발광(Low Temperature Photoluminescence)법을 이용하여 측정할 수 있다. λedge 값을 측정하여 하기 환산식을 이용하여 삼중항 에너지를 구할 수 있다.
ET(eV) = 1239.85 / (λedge)
상기 환산식에 있어서, "λedge"란, 종축에 인광 강도, 횡축에 파장을 취하여 인광 스펙트럼을 나타냈을 때에, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 상승에 대하여 접선을 그어, 그 접선과 횡축의 교점의 파장치를 의미하며, 단위는 nm 이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 삼중항 에너지(ET)는 양자 화학 계산에 의해서도 구할 수 있다. 양자 화학 계산은 양자화학 계산은 미국 가우시안(Gaussian)사 제조의 양자 화학 계산 프로그램 가우시안 03을 이용하여 수행할 수 있다. 계산에 있어서는 밀도 범함수 이론(DFT)을 이용하는데, 범함수로서 B3LYP, 기저함수로서 6-31G*를 이용하여 최적화한 구조에 대해서 시간 의존 밀도 범함수 이론(TD-DFT)에 의해 삼중항 에너지의 계산치를 구할 수 있다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 있어서, 특정한 유기 화합물에서는 인광 스펙트럼이 관측되지 않는 경우가 있는데, 이러한 유기 화합물에서는 상기에 나타낸 바와 같이 양자 화학 계산을 이용하여 구한 삼중항 에너지(ET)를 추정하여 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 쌍극자 모멘트(dipole moment)는 2 debye 이하이다. 더욱 바람직하게는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 쌍극자 모멘트는 1 debye 이하이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 상기 제2 전자수송층에 포함되는 호스트 물질의 쌍극자 모멘트는 1 debye 이상이다.
본 명세서에서 쌍극자 모멘트(dipole moment)는 극성의 정도를 나타내는 물리량으로서, 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015037845625-pat00008
상기의 수학식 1에서 분자 밀도(Molecular density)를 계산으로 구하여, 쌍극자 모멘트의 값을 얻을 수 있다. 예컨대, 분자 밀도는 Hirshfeld Charge Analysis라는 방법을 사용하여 각 원자별 전하(Charge) 및 쌍극자(Dipole)를 구하고, 하기 식에 따라 계산하여 얻을 수 있으며, 그 계산 결과를 상기 수학식 1에 넣어 쌍극자 모멘트(Dipole Moment)를 구할 수 있다.
Figure 112015037845625-pat00009
Figure 112015037845625-pat00010
Figure 112015037845625-pat00011
상기의 쌍극자 모멘트 값의 범위를 갖는 유기 발광 소자는 캐소드로부터 들어오는 전자의 주입 및 수송 능력이 향상되어, 낮은 구동 전압 및 높은 발광 효율을 제공할 수 있다. 또한, 유기 발광 소자 내에서 분자의 배열이 우수하여, 치밀한 막을 제공한다. 따라서, 상기 전자수송물질을 포함하는 유기 발광 소자는 안정성이 우수하여, 장수명의 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 전자 이동도는 10-6 cm2/Vs 이상이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 전자 이동도는 0.1 내지 0.5의 MV/cm 전계 조건에서 10-6 cm2/Vs 이상이다. 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 전자 이동도는 0.1의 MV/cm 전계 조건에서 10-6 cm2/Vs 이상이다. 이 경우, 발광층 내에서 생성되는 엑시톤의 수를 증가시켜 높은 효율을 기대할 수 있다.
본 명세서에서 전자 이동도는 당업계에서 사용되는 방법으로 측정할 수 있다. 구체적으로 비행 시간법 (TOF; Time of Flight) 또는 공간 전하 제한된 전류 (SCLC; Space Charge Limited Current) 측정의 방법을 사용할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
구체적으로, 본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, ITO 기판 상에 바소페난트롤린(Bathophenanthroline)과 리튬 (2%)를 진공 중에서 가열하여 20 nm 두께로 증착한 후, 상기 화합물을 200 nm 증착하였다. 상기 층 위에 바소페난트롤린(Bathophenanthroline)과 리튬 (2%)를 진공 중에서 가열하여 20 nm 두께로 증착한 후, 알루미늄 (aluminium)을 100 nm 이상 증착하여, 샘플을 제조하였다. 상기 샘플의 전압 (Voltage) 에 대한 전류밀도 (currently density: mA/cm2)를 측정하여, 공간 전하 제한된 전류 (SCLC; Space Charge Limited Current)영역에서 전자이동도를 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전자수송층은 하기 화학식 10으로 표시되는 n형 도펀트를 더 포함한다.
[화학식 10]
Figure 112015037845625-pat00012
A3은 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
곡선은 M을 갖는 5원 또는 6원 고리를 형성하는데 필요한 결합 및 2 또는 3개의 원자를 나타내고, 상기 원자는 1 또는 2 이상의 A의 정의와 동일한 치환기로 치환 또는 비치환되며,
M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 10으로 표시되는 n형 도펀트는 하기 화학식 10-1 또는 10-2로 표시된다.
[화학식 10-1]
Figure 112015037845625-pat00013
[화학식 10-2]
Figure 112015037845625-pat00014
화학식 10-1 및 10-2에 있어서,
M은 화학식 10에서 정의한 바와 동일하고,
화학식 10-1 및 10-2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 인접하는 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 10으로 표시되는 n형 도펀트는 하기 구조 중 어느 하나일 수 있다.
Figure 112015037845625-pat00015
Figure 112015037845625-pat00016
상기 구조는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 10으로 표시되는 유기 알칼리 금속 화합물 또는 유기 알칼리 토금속 화합물이 n 형 도펀트로 사용되는 경우에는 제2 전자수송층에 사용되는 금속 도펀트의 확산을 막아주는 역할을 하고, 발광층으로부터 정공에 대한 안정성을 확보할 수 있어, 유기 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 전자수송층의 전자이동도를 유기 알칼리 금속 화합물 또는 유기 알칼리 토금속 화합물의 비율을 조절하여 발광층에서 정공과 전자의 균형을 극대화시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 소자의 수명면에서 제1 전자수송층에 유기 알칼리 금속 화합물 또는 유기 알칼리 토금속 화합물을 n형 도펀트로서 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
본 명세서에서 제1 전자수송층에 사용되는 n형 도펀트로서 Liq가 더욱 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 10으로 표시되는 유기 알칼리 금속 화합물 또는 유기 알칼리 토금속 화합물의 n형 도펀트는 제1 전자수송층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 내지 90 중량%이다. 바람직하게는 상기 화학식 10으로 표시되는 유기 알칼리 금속 화합물 또는 유기 알칼리 토금속 화합물의 n형 도펀트는 제1 전자수송층의 전체 중량을 기준으로 20 중량% 내지 80 중량%이다.
상기 제1 전자수송층은 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물과 상기 화학식 10으로 표시되는 n형 도펀트를 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 화학식 1의 헤테로환 화합물과 상기 화학식 10의 n형 도펀트를 2:8 내지 8:2로 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 3:7 내지 7:3으로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 알칼리 금속 및 알칼리토금속 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 n형 도펀트를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 n형 도펀트는 9:1 내지 1:9의 중량비로 유기 발광 소자에 적층될 수 있다.
구체적으로 Li, Na, K, Rb, Cs 또는 Fr의 알칼리 금속 및 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 또는 Ra의 알칼리토금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2 종 이상의 n 형 도펀트를 더 포함할 수 잇다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층의 n 형 도펀트는 Li이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층의 n형 도펀트는 Ca이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 n형 도펀트는 제2 전자수송층의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 20 중량% 범위로 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라서, 상기 제1 전자수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로, Liq를 n형 도펀트로 포함하고, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 3 내지 5 중 선택되는 1종 이상의 화합물을 호스트로, 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속을 n형 도펀트로 포함한다.
이 경우, 전극에서의 전자 주입이 원할하여 낮은 구동 전압의 유기 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한 n형 유기물층인 제2 전자수송층과 p형 유기물층이 NP 접합을 구성할 때, p형 유기물층으로부터 제2 전자수송층으로 전자가 원활하게 생성되어 효과적인 탠덤 구조의 유기 발광 소자를 구현할 수 있다.
구체적으로 화학식 1로 표시되는 화합물의 제1 전자수송층은 발광층에 인접하게 구비되어, 삼중항의 엑시톤이 발광층으로부터 빠져나가는 것을 방지할 수 있고, 제2 전자수송층을 캐소드에 인접하게 구비하여, 삼중항의 엑시톤의 밀도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 전자의 수송 및 주입의 효과와 삼중항 엑시톤의 집중을 유도하여 낮은 구동전압 및 높은 효율을 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전자수송층은 발광층에 접하여 구비된다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 캐소드에 접하여 구비된다.
이 경우, 전자의 전달 및 삼중항 엑시톤의 집중이 더 효율적으로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 n 도펀트는 호스트 물질을 n 반도체 특성을 갖도록 하는 물질을 의미한다. n 반도체 특성이란 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)에너지 준위로 전자를 주입받거나 수송하는 특성 즉, 전자의 전도도가 큰 물질의 특성을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 상기 발광층과 상기 캐소드 사이에 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 호스트로 포함하고, 상기 구조의 Liq를 n 형 도펀트로 포함하는 제1 전자수송층이 구비된다,
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 전술한 제1 전자수송층과 상기 발광층 사이에 정공 저지층을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure 112015037845625-pat00017
,
Figure 112015037845625-pat00018
및
Figure 112015037845625-pat00019
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종 원소로 O, N, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 헤테로 고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 중의 아릴기는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기 중 알킬기는 전술한 알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오쏘(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한"기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 2 개의 인접한 탄화수소 또는 헤테로고리로 치환되거나 치환되지 않은 알킬렌 또는 탄화수소 또는 헤테로고리로 치환되거나 치환되지 않은 알케닐렌이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 인접하는 기가 서로 결합하여 형성된 고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 지방족, 방향족 또는 지방족과 방향족의 축합고리일 수 있으며, 탄화수소고리 또는 헤테로고리를 형성할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다는 의미는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 지방족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 지방족 헤테로고리; 치환 또는 비치환된 방향족 헤테로고리; 또는 이들의 축합고리를 형성하는 것을 의미한다.
상기 탄화수소고리는 상기 1가기가 아닌 것을 제외하고, 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다. 상기 헤테로고리는 지방족, 방향족 또는 지방족과 방향족의 축합고리일 수 있으며, 1가기가 아닌 것을 제외하고, 상기 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에서 "스피로 결합" 동일 탄소 내의 치환기가 서로 결합하여, 2 개의 고리 화합물이 하나의 원자를 통하여 연결되는 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1-A로 표시될 수 있다.
[화학식 1-A]
Figure 112015037845625-pat00020
상기 화학식 1-A에 있어서,
Ar1, Ar2, L1, R1 내지 R4, l, m 및 n의 정의는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
유기 발광 소자에 사용되는 유기물의 중요한 특성 중 하나는 비정질(amorphous) 증착막 형성이 필요하다는 점이다. 높은 결정성을 가지는 유기물은 증착시 막특성이 불균일하게 증착되어, 소자 구동시 구동전압 상승이 크며 소자 수명이 낮아져 소자 열화가 빠르게 일어나는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 비정질 막형성이 필요하다.
이에, 본 발명자들은 트리아진 유도체 구조에 있어 비대칭성을 가지는 물질일수록 결정성이 나타나지 않는 것을 확인하였다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 트리아진의 치환기인 Ar1 내지 Ar3가 서로 상이하다. 이 경우, 헤테로환 화합물은 트리아진의 치환기가 서로 비대칭하여, 비정질 증착막 형성이 가능하고, 낮은 구동 전압 및 장 수명의 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 트리아진의 치환기인 Ar1 내지 Ar3가 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-A-1 내지 1-A-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-A-1]
Figure 112015037845625-pat00021
[화학식 1-A-2]
Figure 112015037845625-pat00022
[화학식 1-A-3]
Figure 112015037845625-pat00023
[화학식 1-A-4]
Figure 112015037845625-pat00024
상기 화학식 1-A-1 내지 1-A-4에 있어서,
Ar1, Ar2, L1, R1 내지 R4, l, m 및 n의 정의는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 상기 화학식 1-A-1로 표시된다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 상기 화학식 1-A-2로 표시된다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 상기 화학식 1-A-3으로 표시된다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 상기 화학식 1-A-4로 표시된다.
본 명세서의 전자수송층으로서 작용하는 헤테로환 화합물은 발광 효율 및 수명면에서 상기 화학식 1-A-2로 표시되는 화합물이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1-B로 표시된다.
[화학식 1-B]
Figure 112015037845625-pat00025
R1 내지 R4, Ar1, L1, l, m, 및 n 은 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
x1은 1 내지 5의 정수이며,
x2는 1 내지 4의 정수이고,
x1 및 x2가 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호내의 구조는 서로 동일하거나 상이하며,
X1 및 X2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1-B-1로 표시된다.
[화학식 1-B-1]
Figure 112015037845625-pat00026
화학식 1-B-1에 있어서,
R1 내지 R4, Ar1, L1, l, m, n, x1, x2, X1 및 X2는 화학식 1-B-1에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 X2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태와 같이 Ar1 또는 Ar2가 바이페닐기를 포함하는 경우, 소자의 수명면에서 우수한 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 1환 내지 4환의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기; 치환 또는 비치환된 페난트릴기; 치환 또는 비치환된 크라이세닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기; 나프틸기; 바이페닐기; 터페닐기; 쿼터페닐기; 페난트릴기; 크라이세닐기; 플루오레닐기; 또는 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기; 치환 또는 비치환된 페난트릴기; 치환 또는 비치환된 크라이세닐기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 터페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기; 나프틸기; 바이페닐기; 터페닐기; 쿼터페닐기; 페난트릴기; 크라이세닐기; 또는 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 페닐기; 바이페닐기; 나프틸기; 또는 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 치환 또는 비치환된 페닐기인 경우, Ar2는 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트릴기; 또는 치환된 페닐기이다
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 페닐기인 경우, Ar2는 바이페닐기; 터페닐기; 페닐기로 치환된 터페닐기; 쿼터페닐기; 나프틸기; 페난트릴기; 또는 나프틸기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 치환 또는 비치환된 바이페닐기인 경우, Ar2는 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 바이페닐기인 경우, Ar2는 터페닐기; 바이페닐기; 나프틸기로 치환된 페닐기; 페난트릴기로 치환된 페닐기; 나프틸기로 치환된 바이페닐기; 나프틸기; 페닐기로 치환된 나프틸기; 또는 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 치환 또는 비치환된 나프틸기인 경우, Ar2는 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 페난트릴기; 또는 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 나프틸기인 경우, Ar2는 바이페닐기; 나프틸기로 치환된 페닐기; 페난트릴기로 치환된 페닐기; 터페닐기; 나프틸기로 치환된 바이페닐기; 페닐기로 치환된 페난트릴기; 페난트릴기; 쿼터페닐기; 또는 페닐기로 치환된 터페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 치환 또는 비치환된 페난트릴기인 경우, Ar2는 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1이 페난트릴기인 경우, Ar2는 바이페닐기; 페난트릴기로 치환된 페닐기; 나프틸기로 치환된 페닐기; 터페닐기; 쿼터페닐기; 또는 페닐기로 치환된 터페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar2는 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar2는 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기; 쿼터페닐기; 나프틸기; 또는 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페난트릴기이고, Ar2는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 터페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 쿼터페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Ar1은 페닐기이고, Ar2는 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기; 나프틸기; 페난트릴기; 또는 나프틸기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1은 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1은 수소; 탄소수 1 내지 30의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 40의 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1은 수소; 탄소수 1 내지 6의 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 20의 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 인접하는 2 이상의 R1은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1은 수소; 중수소; 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이거나, 인접하는 2 이상의 R1은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1은 수소; 중수소; 또는 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R1은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 2 이상의 R1은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 2 이상의 인접하는 R1은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 2 이상의 인접하는 R1은 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 단환 또는 2환의 헤테로고리기; 치환 또는 비치환된 피롤기; 치환 또는 비치환된 이미다졸기; 치환 또는 비치환된 트리아졸기; 치환 또는 비치환된 피리딜기; 치환 또는 비치환된 비피리딜기; 치환 또는 비치환된 피리미딜기; 치환 또는 비치환된 트리아졸기; 치환 또는 비치환된 아크리딜기; 치환 또는 비치환된 피리다진기; 치환 또는 비치환된 피라지닐기; 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기; 치환 또는 비치환된 퀴나졸린기; 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기; 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기; 치환 또는 비치환된 피리도 피리미디닐기; 치환 또는 비치환된 피리도 피라지닐기; 치환 또는 비치환된 피라지노 피라지닐기; 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린기; 치환 또는 비치환된 인돌기; 치환 또는 비치환된 벤조이미다졸기; 또는 치환 또는 비치환된 페난쓰롤린기(phenanthroline) 이거나, 인접하는 2 이상의 R2는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 2 이상의 R2는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로고리기이거나, 2 이상의 인접하는 R2는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 중수소; 또는 탄소수 6 내지 40의 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 중수소; 또는 탄소수 6 내지 20의 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 중수소; 또는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소; 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R2는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 2 이상의 R2는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 2 이상의 인접하는 R2는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 2 이상의 인접하는 R2는 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 R1은 수소; 또는 인접하는 기가 서로 결합하여, 벤젠고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 탄소수 1 내지 40의 치환 또는 비치환된 직쇄 알킬기; 탄소수 1 내지 40의 치환 또는 비치환된 직쇄 알콕시기; 탄소수 1 내지 40의 치환 또는 비치환된 직쇄 티오알콕시기; 탄소수 3 내지 40의 치환 또는 비치환된 분지형 모노 또는 폴리 시클로알킬기; 탄소수 3 내지 40의 치환 또는 비치환된 분지형 알케닐기; 탄소수 3 내지 40의 치환 또는 비치환된 분지형 알콕시기; 탄소수 3 내지 40의 치환 또는 비치환된 분지형 티오알콕시기; 고리원 6 내지 40의 치환 또는 비치환된 아릴기; 고리원 5 내지 40의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 고리원 5 내지 40의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 또는 고리원 5 내지 40의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴옥시기이거나, 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성하거나, 동일 탄소 내의 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 스피로 결합을 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리를 형성하거나, 동일 탄소 내의 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 스피로 결합을 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 탄소수 6 내지 20의 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기; 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 또는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이거나, R3 및 R4가 서로 결합하여 5원 지방족 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이거나, R3 및 R4가 서로 결합하여 5원 지방족 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, R3 및 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기; 비치환된 페닐기; 메틸기로 치환된 페닐기; 바이페닐기; 또는 나프틸기이거나, R3 및 R4가 서로 결합하여 5원 지방족 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기; 페닐기; 또는 메틸기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 인접하는 2이상의 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성하거나, 동일 탄소 내의 치환기가 서로 결합하여 스피로 결합을 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 인접하는 2이상의 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성하거나, 동일 탄소 내의 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 스피로 결합을 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 직접결합; 또는 하기 구조들에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
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상기 구조들은 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 시클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아민기; 아릴포스핀기; 또는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐릴렌기; 치환 또는 비치환된 나프탈렌기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 (L1)l은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐릴렌기; 치환 또는 비치환된 나프탈렌기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, L1은 직접결합이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 L1은 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 바이페닐릴렌기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 L1은 바이페닐릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 나프탈렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 나프탈렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L1은 페난트레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 페닐렌기; 또는 나프탈렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2는 하기 구조 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
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상기 구조에서 상기 R3, R4, L1 및 l은 전술한 바와 동일하고,
상기 구조들은 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환 될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 하기 구조 중에서 선택될 수 있다.
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본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-624 및 2-1 내지 2-360 중 어느 하나로 표시된다.
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.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 3 내지 6으로 표시되는 화합물 중 1 또는 2 이상을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함한다.
구체적으로 상기 제2 전자수송층이 이미다졸 유도체, 피리딘 유도체, 이미다졸의 축합고리 유도체를 포함하는 경우에 질소 원자 또는 포스핀 옥사이드기의 산소 원자의 비공유 전자쌍이 효과적으로 금속과 결합 하여, n 형 도펀트와 도핑이 효과적으로 일어날 수 있다. 이로 인하여, 캐소드로부터 전자 수송 및/또는 주입이 원활해지고, 낮은 구동 전압의 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 유기 발광 소자의 구동시, 질소 원자 또는 포스핀 옥사이드기의 산소 원자의 비공유 전자쌍과 금속이 결합하여, 유기물층 걸리는 필드(field)에 의하여 금속이 이동하는 것을 방지하여 유기 발광 소자의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있으며, 장 수명의 유기 발광 소자의 구현이 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A는 치환 또는 비치환된 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure 112015037845625-pat00195
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A는 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 및 치환 또는 비치환된 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A는 불소; 메틸기; 알킬기로 치환된 페닐기 및 페닐기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A는 2,7-나프탈렌기; 2,7-플루오레닐렌기; 2,7-디벤조퓨라닐렌; 또는 1,6-나프탈렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2 및 L3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2 및 L3는 직접결합; 아릴렌기; 또는 2가의 헤테로고리기이고, 상기 아릴렌기 및 2 가의 헤테로고리는 아릴기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2 및 L3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 나프탈렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐릴렌기; 치환 또는 비치환된 피리딜렌기; 또는 치환 또는 비치환된 티오페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2 및 L3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 페닐렌기; 페닐기로 치환된 페닐렌기; 나프탈렌기; 바이페닐릴렌기; 피리딜렌기; 또는 티오페닐렌기이다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L2는 페닐렌기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 L3는 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기; 에틸기; 이소프로필기; t-부틸기; 페닐기; 나프틸기; 알킬기로 치환된 플루오레닐기; 피리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 20의 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T1 내지 T8은 서로 동일하거나 상이하, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T1 내지 T8은 서로 동일하거나 상이하, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 피리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T1 내지 T8은 서로 동일하거나 상이하, 각각 독립적으로 수소; 페닐기; 나프틸기; 또는 피리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T1은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, T3은 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, T3는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T3은 페닐기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 T3는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T3는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, T3은 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T3는 질소를 포함하는 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T3는 질소를 포함하는 단환의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T3는 피리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T4는 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T5는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, T6은 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, T6은 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 T6은 페닐기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 T6은 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T6은 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, T6은 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T6은 질소를 포함하는 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T6은 질소를 포함하는 단환의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T6은 피리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T7은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T8은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T1 및 T2는 서로 결합하여 탄화수소 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T1 및 T2는 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T3 및 T4는 서로 결합하여 탄화수소 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T3 및 T4는 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, T5 및 T6은 서로 결합하여 탄화수소 고리를 형성한다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 T5 및 T6은 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T7 및 T8은 서로 결합하여 탄화수소 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T7 및 T8은 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 3-101 중 어느 하나로 표시된다.
Figure 112015037845625-pat00196
Figure 112015037845625-pat00197
Figure 112015037845625-pat00198
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Figure 112015037845625-pat00211
Figure 112015037845625-pat00212
Figure 112015037845625-pat00213
.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 4의 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T9는 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T9는
Figure 112015037845625-pat00214
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T10은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T10은
Figure 112015037845625-pat00215
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, T9 및 T10 중 적어도 하나는
Figure 112015037845625-pat00216
이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T9 및 T10 중 하나는
Figure 112015037845625-pat00217
이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 T9 및 T10 중 두 개는
Figure 112015037845625-pat00218
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T9 및 T10은 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T9 및 T10은 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 형성한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 T9 및 T10은 인접하는 기와 서로 결합하여 벤젠 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 T10은 인접하는 기와 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar4 및 Ar5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar4 및 Ar5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar4 및 Ar5는 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar4 및 Ar5는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar4 및 Ar5 중 하나는 페닐기이고, 다른 하나는 나프틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 X1은 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L4는 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L4는 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐릴렌기; 치환 또는 비치환된 나프탈렌기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기; 및 치환 또는 비치환된 파이레닐렌기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 조합된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L4는 페닐렌기; 바이페닐릴렌기; 나프탈렌기; 플루오레닐렌기; 파이레닐렌기; 페닐렌-나프틸렌기; 페닐렌-파이레닐렌기; 또는 페닐렌-플루오레닐렌이고, 상기 L4는 알킬기 및 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 스피로 구조를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L4는 직접결합; 페닐렌기; 또는 바이페닐릴렌기이다.
본 명세서에서 "스피로 결합" 동일 탄소 내의 치환기가 서로 결합하여, 2 개의 고리 화합물이 하나의 원자를 통하여 연결되는 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 상기 스피로 구조는 플루오렌 구조를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L4는 직접결합; 페닐렌기; 바이페닐릴렌기; 나프탈렌기; 메틸기로 치환된 플루오레닐렌기; 페닐기로 치환된 플루오레닐렌기; 스피로비플루오레닐렌기; 파이레닐렌기; 페닐렌-나프틸렌기; 페닐렌-파이레닐렌기; 페닐렌-메틸기로 치환된 플루오레닐렌; 페닐렌-페닐기로 치환된 플루오레닐렌; 또는 스피로플루오레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 4-84 중 어느 하나로 표시된다.
Figure 112015037845625-pat00219
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Figure 112015037845625-pat00229
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 5는 하기 화학식 5A 내지 5C 중 어느 하나로 선택된다.
[화학식 5A]
Figure 112015037845625-pat00230
[화학식 5B]
Figure 112015037845625-pat00231
[화학식 5C]
Figure 112015037845625-pat00232
화학식 5A 내지 5C에 있어서,
A', Cz, L6 및 L7은 화학식 5에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A'는 하기 구조 중에서 선택된다.
Figure 112015037845625-pat00233
상기 구조는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 파이레닐렌 구조는 치환 또는 비치환된 알킬기로 치환 또는 비치환된다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 파이레닐렌 구조는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 파이레닐구조는 t-부틸기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A'는
Figure 112015037845625-pat00234
이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 A'는
Figure 112015037845625-pat00235
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L6 및 L7은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 L6 및 L7은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L6 및 L7은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L6은 페닐렌기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 L6는 직접결합이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 L7은 페닐렌기이다.
본 명세서의 상기 페닐렌기는 하기 구조 중에서 선택될 수 있다.
Figure 112015037845625-pat00236
상기 페닐렌기는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Cz는 하기 구조 중에서 선택될 수 있다.
Figure 112015037845625-pat00237
상기 구조는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Cz는 치환 또는 비치환된 아릴기로 치환 또는 비치환된다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Cz는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Cz는 치환 또는 비치환된 페닐기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Cz는
Figure 112015037845625-pat00238
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5-1 내지 5-37 중 어느 하나로 표시된다.
Figure 112015037845625-pat00239
Figure 112015037845625-pat00240
Figure 112015037845625-pat00241
Figure 112015037845625-pat00242
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 탠덤 구조이다. 이 경우, 청색 형광, 녹색 인광, 적색 인광의 적층; 청색 형광, 녹황색 인광의 적층으로 백색 발광 소자를 제조할 수 있다. 구체저으로 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 형광 발광 소자 및/또는 인광 발광 소자를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 2 이상의 발광층을 포함하고, 상기 2 이상의 발광층 중 인접하는 2개의 발광층 사이에 전하발생층을 포함하며, 상기 전하발생층은 상기 제2 전자수송층 및 p형 유기물층을 포함하며, 상기 발광층과 상기 제2 전자수송층 사이에 상기 제1 전자수송층이 구비된다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 전하발생층에 포함되는 제2 전자수송층과 상기 p형 유기물층은 NP 접합한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 p형 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층 및 발광층으로 이루어진 군에서 선택된다.
본 명세서에서, n형이란 n형 반도체 특성을 의미한다. 다시 말하면, n형이란 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위를 통하여 전자를 주입받거나 수송하는 특성이며, 이는 전자의 이동도가 정공의 이동도 보다 큰 물질의 특성으로서 정의할 수 있다. 반대로, p형이란 p형 반도체 특성을 의미한다. 다시 말하면, p형은 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위를 통하여 정공을 주입받거나 수송하는 특성이며, 이는 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 큰 물질의 특성으로서 정의될 수 있다. 본 명세서에 있어서, n형 특성을 갖는 화합물 또는 유기물층은 n형 화합물 또는 n형 유기물층으로 언급될 수 있다. 또한, p형 특성을 갖는 화합물 또는 유기물층은 p형 화합물 또는 p형 유기물층으로 언급될 수 있다. 또한, n형 도핑은 n형 특성을 갖도록 도핑되었다는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 전하발생층이란 외부 전압의 인가 없이 전하를 발생하는 층으로, 2 층 이상의 발광층 중 인접한 발광층 사이에서 전하를 발생함으로써 유기 발광 소자에 포함된 2개 이상의 발광층이 발광할 수 있도록 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전하발생층은 n형 유기물층과 p형 유기물층을 포함하고, 상기 n형 유기물층은 전술한 제2 전자수송층이다.
전하 발생층에서 n형 유기물층을 사용하지 않는 경우, 효과적인 정공과 전자의 생성이 일어나지 않아, 2층 이상의 발광층에서 일부가 발광하지 않는 문제가 발생할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따라, 제2 전자수송층을 n형 유기물층으로 사용하는 경우에는 전하 발생층에서 전자와 정공이 효과적으로 생성되어 2층 이상의 발광층에서의 효율적인 발광을 기대할 수 있다.
본 명세서에서 상기 NP 접합이란 n 형 유기물층인 제2 전자수송층과 p형 유기물층이 물리적으로 접촉하는 것뿐 아니라, 정공 및 전자의 발생과 수송이 용이하게 진행될 수 있는 상호 작용을 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라, NP 접합이 형성되면, 외부의 전압이나 광원에 의하여 정공이나 전자의 형성이 용이할 수 있다. 따라서, 정공의 주입을 위한 구동 전압의 상승을 방지할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 p형 유기물층은 하기 화학식 7 내지 9 로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물을 포함한다.
[화학식 7]
Figure 112015037845625-pat00243
화학식 7에 있어서,
A10 내지 A15는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기; 니트로기; 아미드기; 카르보닐기; 치환 또는 비치환된 술포닐기; 치환 또는 비치환된 에스터기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 똔느 비치환된 헤테로고리이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하고,
[화학식 8]
Figure 112015037845625-pat00244
화학식 8에 있어서,
A16 내지 A18은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시아노기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 아릴기; 또는 시아노기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 헤테로고리기이며,
[화학식 9]
Figure 112015037845625-pat00245
화학식 9에 있어서,
Ar10은 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리이고,
Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N; 또는 CA23이며,
A19 내지 A23는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하고,
Cy1 및 Cy2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 구조 중 어느 하나이며,
Figure 112015037845625-pat00246
A24 내지 A26은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 니트릴기; 치환 또는 비치환된 에스터기; 또는 치환 또는 비치환된 트리플루오로알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 p형 유기물층은 화학식 7의 화합물만을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 8은 p형 도펀트로서 사용된다. 따라서, 화학식 8을 포함하는 p형 유기물층은 일반적인 정공수송재료와 함께 사용될 수 있다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 화학식 9는 p형 도펀트로서 사용된다. 따라서, 화학식 9를 포함하는 p형 유기물층은 일반적인 정공수송재료와 함께 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라, 제2 전자수송층을 전하발생층의 n형 유기물층으로 포함하고, 화학식 7 내지 9로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물을 포함하는 유기물층을 전하발생층의 p형 유기물층으로 포함하는 경우에는 전하 발생층에서 전자와 정공이 효과적으로 생성되어 탠덤 구조에 사용하는 2층 이상의 발광층의 발광효율이 우수할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A10 내지 A15는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 니트릴기; 니트로기; 치환 또는 비치환된 술포닐기(SO2R); 치환 또는 비치환된 알케닐기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
상기 R은 치환 또는 비치환된 아릴기를 의미한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A10 내지 A15는 각각 니트릴기로 치환된 알케닐기이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 A10 내지 A15는 각각 니트로기; 또는 니트릴기로 치환된 아릴기이다.
다른 실시상태에 있어서, A10 내지 A15는 각각 니트로기; 또는 니트릴기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 하기 화학식 7-1 내지 7-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다
Figure 112015037845625-pat00247
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 p형 유기물층은 상기 7-1을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A16 내지 A18은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로, 페닐기; 나프틸기; 피리딘기; 피라진기; 피리미딘기; 퀴놀린기; 또는 이소퀴놀린기이며,
상기 페닐기; 나프틸기; 피리딘기; 피라진기; 피리미딘기; 퀴놀린기; 및 이소퀴놀린기는 시아노기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A1 내지 A3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 불소 및 시아노기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 하기 화학식 8-1로 표시된다.
[화학식 8-1]
Figure 112015037845625-pat00248
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 p형 유기물층은 일반적으로 사용되는 정공수송재료와 화학식 8-1을 포함한다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 p형 유기물층은 NPB와 화학식 8-1을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar10은 치환 또는 비치환된 벤젠고리; 또는 치환 또는 비치환된 나프탈렌고리이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar10은 벤젠고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar10은 나프탈렌고리이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 CA23이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A19 내지 A22는 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A19 내지 A22는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 불소; 트리플루오로알킬기; 또는 트리플루오로알콕시기; 또는 할로겐기 및 트리플루오로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상이 치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A20은 수소이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A22는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A19는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A19는 할로겐기 및 트리플루오로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상이 치환된 아릴기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 A19는 불소 및 트리플루오로메틸기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상이 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A19는 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A19는 불소로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A19는 할로겐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A19는 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A19는 트리플루오로알킬기로 치환된 알콕시기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A19는 트리플루오로메틸옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A20은 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A20은 할로겐기 및 트리플루오로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상이 치환된 아릴기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 A20은 불소 및 트리플루오로메틸기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상이 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A20은 트리플루오로메틸기로 치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A20은 불소로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A20은 할로겐기이다. `
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A20은 불소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A20은 트리플루오로알킬기로 치환된 알콕시기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A20은 트리플루오로메틸옥시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Cy1은
Figure 112015037845625-pat00249
이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Cy2는
Figure 112015037845625-pat00250
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A24는 니트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Cy1은
Figure 112015037845625-pat00251
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Cy2는
Figure 112015037845625-pat00252
이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 A25 및 A26은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 니트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A23은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 9로 표시되는 화합물은 하기 화학식 9-1 내지 9-7로 표시된다.
Figure 112015037845625-pat00253
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 캐소드와 발광층 사이에 전술한 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 제1 전자수송층이 구비되고, 상기 제1 전자수송층과 상기 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 전자수송층이 구비되는 것을 제외하고는 당 기술 분야에서 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 애노드, 유기물층 및 캐소드를 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 애노드를 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자차단층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 캐소드로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 캐소드 물질부터 유기물층, 애노드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 애노드 물질부터 유기물층, 캐소드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 1층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자수송층, 전자주입층, 전자차단층 및 정공 차단층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 층 또는 2 층 이상을 더 포함할 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 내지 도 4에 나타난 것도 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(101) 상에 애노드(201), 정공 수송층(301), 발광층(401), 제1 전자수송층(501) 제2 전자수송층(601) 및 캐소드(701)가 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
도 1에서 상기 제1 전자수송층(501)에는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물이 포함되고, 상기 제2 전자수송층(601)에는 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물 중 1 종 이상 및 금속 도펀트가 포함된다.
도 2에는 기판(101) 상에 애노드(201), 정공 수송층(301), 제1 발광층(401), 제1 전자수송층(501) 제2 전자수송층(601), p형 유기물층(801), 제2 발광층(402) 및 캐소드(701)가 순차적으로 적층된 탠덤형 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
상기 도 2에서 상기 제1 전자수송층(501)에는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물이 포함되고, 상기 제2 전자수송층(601)에는 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물 중 1 종 이상 및 금속 도펀트가 포함된다. 또한, 상기 제2 전자수송층(601)과 상기 p형 유기물층(801)이 전하발생층(901)을 구성할 수 있다.
도 3에는 기판(101) 상에 애노드(201), 정공주입층(1001), 제1 정공 수송층(301), 제1 발광층(401), 제1 전자수송층(501) 제2 전자수송층(601), p형 유기물층(801), 제2 정공수송층(302), 제2 발광층(402), 전자수송층(1101) 및 캐소드(701)가 순차적으로 적층된 탠덤형 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
상기 도 3에서 상기 제1 전자수송층(501)에는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물이 포함되고, 상기 제2 전자수송층(601)에는 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물 중 1 종 이상 및 금속 도펀트가 포함된다. 또한, 상기 제2 전자수송층(601)과 상기 p형 유기물층(801)이 전하발생층(901)을 구성할 수 있다.
또한, 상기 제1 정공수송층(301) 및 상기 제2 정공수송층(302)의 재료는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
도 4은 전하 발생층(901, 902)가 2층 이상 적층된 소자를 설명한 도시로서, 기판(101) 상에 애노드(201), 정공주입층(1001), 제1 정공 수송층(301), 제1 발광층(401), 제1 전자수송층(501) 제2 전자수송층(601), 제1 p형 유기물층(801), 제2 정공수송층(302), 제2 발광층(402), 제1 전자수송층(502), 제2 전자수송층(602), 제2 p형 유기물층(802), 제3 정공수송층(303), 제3 발광층(403), 전자수송층(1101) 및 캐소드(701)가 순차적으로 적층된 탠덤형 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
상기 도 4에서 상기 제1 전자수송층(501, 502)에는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물이 포함되고, 상기 제2 전자수송층(601, 602)에는 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물 중 1 종 이상 및 금속 도펀트가 포함된다. 또한, 상기 제2 전자수송층(601, 602)과 상기 p형 유기물층(801, 802)은 각각 제1 전하발생층(901)과 제2 전하발생층(902)를 구성할 수 있다.
상기 제1 정공수송층(301), 제2 정송수송층(302) 및 상기 제3 정공수송층(303)의 재료는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 제1 p형 유기물층(801) 및 제2 p형 유기물층(802)의 재료는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 도 1 내지 4는 본 명세서의 실시상태에 따른 예시적인 구조이며, 이를 한정하지 않는다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 애노드 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SNO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입 물질로는 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 형광 발광층은 호스트 물질로 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(distyrylbenzene; DSB), 디스티릴벤젠 유도체, DPVBi (4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl), DPVBi 유도체, 스피로-DPVBi 및 스피로-6P로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 선택된다.
상기 형광 발광층은 도펀트 물질로 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP(distyrylbiphenyl)계로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 선택된다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공 차단층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 하부 전극이 애노드이고 상부전극이 캐소드인 정구조(normal type)일 수 있고, 하부전극이 캐소드이고 상부전극이 애노드인 역구조(inverted type)일 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 구조는 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실시예 1]
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물 및 하기 화학식 ET-A 및 ET-B의 HOMO 에너지 준위 및 삼중항 에너지(ET) 값을 하기 표 1에 나타내었다.
[ET-A] [ET-B]
Figure 112015037845625-pat00254
Figure 112015037845625-pat00255
본 명세서의 실시예에서 상기 HOMO 준위는 대기하 광전자 분광장치(RIKEN KEIKI Co., Ltd. 제조: AC3)를 이용하여 측정하였다.
또한, 상기 삼중항 에너지(ET)는 미국 가우시안(Gaussian)사 제조의 양자 화학 계산 프로그램 가우시안 03을 이용하여 수행하였으며, 밀도 범함수 이론(DFT)을 이용하여, 범함수로서 B3LYP, 기저함수로서 6-31G*를 이용하여 최적화한 구조에 대해서 시간 의존 밀도 범함수 이론(TD-DFT)에 의해 삼중항 에너지의 계산치를 구하였다.
화학식 HOMO (eV) E T (eV)
1-1 6.45 2.80
1-6 6.37 2.62
1-8 6.38 2.78
1-30 6.44 2.62
1-32 6.43 2.78
1-54 6.35 2.62
1-92 6.30 2.46
1-102 6.27 2.46
1-116 6.29 2.57
1-128 6.32 2.47
1-138 6.29 2.47
1-160 6.37 2.79
1-229 6.32 2.57
1-237 6.28 2.46
1-279 6.31 2.46
2-5 6.22 2.62
2-6 6.25 2.70
2-28 6.32 2.71
2-141 6.15 2.43
2-269 6.13 2.44
2-282 6.19 2.45
ET-A 5.71 1.64
ET-B 5.75 1.64
[실시예 2]
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 쌍극자 모멘트의 값을 표 2에 나타내었다.
화학식 쌍극자 모멘트 (Debye)
1-6 0.85
1-8 0.51
1-30 0.8
[실시예 1-1]
ITO(indium tin oxide)가 500Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화학식 [HAT]을 50Å의 두께로 열 진공증착하여 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공 주입층 위에 하기 화학식 [NPB]를 1100Å의 두께로 진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 위에 하기 화학식 [HT-A]를 200 Å의 두께로 진공 증착하여 전자차단층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자 차단층 위에 막 두께 350Å으로 하기 화학식 [BH]와 [BD]를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 화학식 1-1 및 하기 화학식 [LiQ] 를 1:1 중량비로 진공증착하여 200Å의 두께로 제1 전자수송층을 형성하였다. 상기 제1 전자수송층 위에 상기 화학식 3-1 및 [Li]을 100:1 중량비로 진공 증착하여 100Å의 두께로 제2 전자수송층을 형성하였다.
상기 제2 전자수송층 위에 1,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.9 Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플루오라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 1 × 10-7 ~ 5 × 10-8 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
[HAT] [NPB]
Figure 112015037845625-pat00256
Figure 112015037845625-pat00257
[HT-A] [BH] [Liq]
Figure 112015037845625-pat00258
Figure 112015037845625-pat00259
Figure 112015037845625-pat00260
[BD] [ET-A]
Figure 112015037845625-pat00261
Figure 112015037845625-pat00262
[Alq3] [TPBI]
Figure 112015037845625-pat00263
Figure 112015037845625-pat00264
[ET-B] [ET-C]
Figure 112015037845625-pat00265
Figure 112015037845625-pat00266
[ET-D] [ET-E]
Figure 112015037845625-pat00267
Figure 112015037845625-pat00268
[실시예 1-2]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-6]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 5-14]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-3]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-30]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 3-16]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-4]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-32]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 4-2]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-5]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-54]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 3-32]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-6]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-92]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 3-32]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-7]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-102]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 4-35]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-8]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-138]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 4-3]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-9]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-160]을 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-10]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 1-237]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 4-2]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-11]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 2-5]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 3-15]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-12]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 2-6]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 5-32]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-13]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 2-28]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 5-14]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-14]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 2-141]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 3-22]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-15]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 2-269]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 5-10]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-16]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 2-282]을, [화학식 3-1] 대신 [화학식 4-3]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-17]
상기 [실시예 1-2]의 [Liq]를 제외하고 [실시예 1-2]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-18]
상기 [실시예 1-2]의 [화학식 5-14] 대신 [화학식 3-1]을 사용한 것을 제외하고 [실시예 1-2]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-19]
상기 [실시예 1-2]의 [화학식 5-14] 대신 [화학식 4-2]를 사용한 것을 제외하고 [실시예 1-2]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 1-20]
상기 [실시예 1-2]의 [화학식 1-6] 대신 [화학식 1-8]을 사용한 것을 제외하고 [실시예 1-2]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-1]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 3-1]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-2]
상기 [실시예 1-4]의 [화학식 1-32] 대신 [화학식 4-2]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-4]와 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-3]
상기 [실시예 1-2]의 [화학식 1-6] 대신 [화학식 5-14]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-2]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-4]
상기 [실시예 1-4]의 [Li]을 제외하고 [실시예 1-4]와 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-5]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 ET-A]을 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-6]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 Alq3]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-7]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 TPBI]을 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-8]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 ET-B]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-9]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 1-1] 대신 [화학식 ET-C]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-10]
상기 [실시예 1-4]의 [화학식 1-32] 대신 [화학식 ET-D]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-4]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-11]
상기 [실시예 1-2]의 [화학식 1-6] 대신 [화학식 ET-E]를 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-2]와 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 1-12]
상기 [실시예 1-1]의 [화학식 3-1] 대신 [화학식 1-1]을 사용한 것을 제외하고는 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10 mA/cm2 의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였고, 20 mA/cm2 의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간(T90)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112015037845625-pat00269
Figure 112015037845625-pat00270
상기 표 3의 결과로부터, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 발광 소자의 제1 전자수송층으로 화학식 3 내지 화학식 5로 표시되는 화합물을 제2 전자수송층으로 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 6.0 eV 이상의 깊은 HOMO 준위, 높은 삼중항 에너지(ET), 및 정공 안정성을 가져 우수한 특성을 나타내었다. 제1 전자수송층에 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 경우, 알칼리 유기금속 화합물 또는 알칼리 토금속 유기금속 화합물을 n형 도펀트를 섞어 사용 가능하다. 이에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 낮은 구동전압 및 높은 효율을 가지며, 화합물의 정공 안정성에 의하여 소자의 안정성을 향상 시킬 수 있다.
표 1의 결과로, 상기 화학식 [ET-A] 및 [ET-B]로 표시되는 화합물 모두 1.9 eV 미만의 삼중항 에너지를 갖는 것을 확인할 수 있고, 표 3의 실시예 및 비교예의 결과로 2.2 eV 미만의 낮은 삼중항 에너지를 갖는 화합물은 소자 효율이 낮은 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 2.2 eV 미만의 삼중항 에너지를 갖는 화합물을 사용하는 경우, 삼중항-삼중항 소멸(Triplet-Triplet Annihilation: TTA)의 효과가 감쇄되기 때문이다.
또한, 상기 화학식 [ET-A] 및 [ET-B]로 표시되는 화합물의 경우 HOMO 준위가 6 eV 미만인 것을 표 1을 통하여 확인할 수 있으며, 표 3의 소자 평가의 결과로 상기 화합물을 포함하는 경우, 짧은 수명을 갖는 것을 확인할 수 있다. 상기와 같은 결과는 HOMO 에너지 준위가 6 eV 미만인 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 발광층으로부터 전달되는 정공 차단 효과가 감쇄되기 때문에 나타난다.
따라서, 본원 발명의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물이더라도 HOMO 에너지 준위가 6 eV 이상이고, 삼중항 에너지가 2.2 eV인 것이 소자의 구동전압, 효율 및/또는 수명 면에서 더욱 바람직함을 확인할 수 있다.
또한, 문헌 (J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 3710-3711) 에 의하면 디치환된 플루오레닐기(disubstituted fluorenyl group)가 스피로비플루오레닐기(spirobifluorenyl group) 보다 전자 이동도가 높은 것을 확인할 수 있다. 이에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 비교예에 사용한 화학식 [ET-D]보다 전자 수송이 보다 효율적으로 일어나므로 높은 효율을 보여주며, 또한 수명도 향상됨을 확인할 수 있었다.
표 3의 결과로부터, 화학식 1로 표시되는 화합물은 금속을 도핑한 제2 전자수송층으로 적합하지 않은 것을 확인할 수 있다. 금속을 도핑한 제2 전자수송층에 화학식 1 대신 화학식 3 내지 화학식 5로 표시되는 화합물이 낮은 구동전압, 및 높은 효율을 보여주었다. 상기와 같은 결과는 화학식 3 내지 화학식 5로 표시되는 화합물의 질소 원자 또는 포스핀 옥사이드기의 산소 원자의 비공유 전자쌍이 효과적으로 금속과 결합하여, 금속 도펀트의 도핑이 효과적으로 일어나기 때문에 나타날 수 있다. 따라서, 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물과 금속의 n형 도펀트를 포함하는 제2 전자수송층을 사용하는 경우에는 캐소드로부터 전자 수송 및/또는 주입이 원활해지고, 낮은 구동 전압의 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 유기 발광 소자의 구동시, 질소 원자 또는 포스핀 옥사이드기의 산소 원자의 비공유 전자쌍과 금속이 결합하여, 유기물층 걸리는 필드(field)에 의하여 금속이 이동하는 것을 방지하여 유기 발광 소자의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있으며, 장 수명의 유기 발광 소자의 구현이 가능하다.
[실시예 2-1]
ITO(indium tin oxide)가 500Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 화학식 [HAT]을 50Å의 두께로 열 진공증착하여 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공 주입층 위에 상기 화학식 [NPB]를 1100Å의 두께로 진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 위에 상기 화학식 [HT-A]를 200 Å의 두께로 진공 증착하여 전자차단층을 형성하였다.
상기 전자 차단층 위에 막 두께 350Å으로 상기 화학식 [BH]와 [BD]를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 화학식 1-6 및 상기 화학식 [LiQ] 를 1:1 중량비로 진공증착하여 200Å의 두께로 제1 전자수송층을 형성하였다. 상기 제1 전자수송층 위에 상기 화학식 5-14 및 [Ca]을 97:3 중량비로 진공 증착하여 100Å의 두께로 제2 전자수송층을 형성하였다.
상기 제2 전자수송층 위에 상기 화학식 [HAT]를 50Å의 두께로 열 진공증착하여 p형 유기물층을 형성하였다. p형 유기물층 위에 상기 화학식 [NPB]를 200Å의 두께로 진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 위에 상기 화학식 [HT-A]를 200 Å의 두께로 진공 증착하여 전자차단층을 형성하였다.
상기 전자 차단층 위에 막 두께 350Å으로 하기 화학식 [YGD]와 [YGH]를 1:13의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 화학식 1-6 및 상기 화학식 [LiQ] 를 1:1 중량비로 진공증착하여 200Å의 두께로 제1 전자수송층을 형성하였다. 상기 제1 전자수송층 위에 상기 화학식 5-14 및 [Ca]을 97:3 중량비로 진공 증착하여 100Å의 두께로 제2 전자수송층을 형성하였다. 상기 제2 전자수송층 위에 1,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
[YGH] [YGD]
Figure 112015037845625-pat00271
Figure 112015037845625-pat00272
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.9 Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플루오라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 1 × 10-7 ~ 5 × 10-8 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실시예 2-2]
상기 [실시예 2-1]의 [HAT] 대신 [NPB]와 [화학식 8-1]을 95:5의 중량비로 증착하여 사용한 것을 제외하고는 [실시예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-1]
상기 [실시예 2-1]의 [화학식 1-6] 대신 [ET-A]를 사용하는 것을 제외하고 [실시예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-2]
상기 [실시예 2-1]의 [화학식 5-14] 대신 [화학식 1-8]을 사용하는 것을 제외하고 [실시예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10 mA/cm2 의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였고, 20 mA/cm2 의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간(T90)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112015037845625-pat00273
상기 표 4의 결과로부터, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 발광 소자의 제1 전자수송층으로 화학식 3 내지 화학식 5로 표시되는 화합물을 제2 전자수송층으로 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 6.0 eV 이상의 깊은 HOMO 준위, 높은 삼중항 에너지(ET), 및 정공 안정성을 가져 우수한 특성을 나타내었다. 제1 전자수송층에 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 경우, 알칼리 유기금속 화합물 또는 알칼리 토금속 유기금속 화합물을 n형 도펀트를 섞어 사용 가능하다. 이에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 낮은 구동전압 및 높은 효율을 가지며, 화합물의 정공 안정성에 의하여 소자의 안정성을 향상 시킬 수 있다.
상기 표 4의 결과로부터 화학식 3 내지 화학식 5로 표시되는 화합물을 n형 유기물층인 제2 전자수송층으로, 화학식 7 내지 화학식 9로 표시되는 화합물을 p형 유기물층으로 사용하여 NP 접합을 구성할 때, p형 유기물층으로부터 제2 전자수송층으로 전자가 원활하게 생성되어 효과적인 탠덤 구조의 유기 발광 소자를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
101: 기판
102: 애노드
301, 302, 303: 정공 수송층
401, 402, 403: 발광층
501, 502: 제1 전자수송층
601, 602: 제2 전자수송층
701: 캐소드
801, 802: p형 유기물층
901, 902: 전하발생층
1001: 정공주입층
1101: 전자수송층

Claims (32)

  1. 캐소드;
    애노드;
    상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층;
    하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하고, 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 제1 전자수송층; 및
    상기 캐소드와 상기 제1 전자수송층 사이에 구비된 제2 전자수송층을 포함하며,
    상기 제2 전자수송층은 하기 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물 중 1 또는 2 이상을 포함하는 호스트 물질과 알칼리 금속 및 알칼리토금속 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 n형 도펀트를 포함하는 유기 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure 112015095302548-pat00274

    화학식 1에 있어서,
    Ar1 내지 Ar3는 서로 상이하고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기; 나프틸기로 치환된 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기; 나프틸기 및 페난트레닐기로 이루어진 군에서 상이하게 선택되고, 상기 페닐기; 나프틸기로 치환된 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기; 나프틸기 및 페난트레닐는 중수소 및 탄소수 1 내지 20의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환되며,
    Ar3는 하기 화학식 2로 표시되고,
    [화학식 2]
    Figure 112015095302548-pat00275

    화학식 2에 있어서,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환 또는 비치환된 페닐기이거나, R1 및 R2는 서로 인접하는 기와 서로 결합하여 벤젠 고리를 형성하고,
    L1은 직접결합; 페닐렌기; 또는 나프탈렌기이며,
    l은 1 내지 5의 정수이고,
    m은 1 내지 3의 정수이며,
    n은 1 내지 4의 정수이고,
    l, m 및 n 이 각각 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하며,
    [화학식 3]
    Figure 112015095302548-pat00276

    화학식 3에 있어서,
    A1 및 A2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 페닐기; 나프틸기; 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환된 플루오레닐기; 또는 피리딘기이고,
    L2 및 L3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 페닐렌기; 페닐기로 치환된 페닐렌기; 나프탈렌기; 바이페닐릴렌기; 피리딜렌기; 또는 티오페닐렌기이며,
    A는 할로겐기; 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 및 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환 또는 비치환된 페닐기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환된 하기 구조 중 어느 하나이고,
    Figure 112015095302548-pat00486

    X는 O; S; 또는 CT12T13이며,
    o 및 p는 1 내지 3의 정수이며,
    o 및 p가 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하고,
    T1 내지 T8, T12 및 T13은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 페닐기; 나프틸기; 또는 피리딘기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 벤젠고리를 형성하며,
    [화학식 4]
    Figure 112015095302548-pat00278

    화학식 4에 있어서,
    q는 1 내지 4의 정수이고,
    r은 1 내지 8의 정수이며,
    q 및 r이 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하고,
    T9 및 T10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 하기의 구조이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 벤젠고리를 형성하며,
    T9 및 T10 중 적어도 하나는 하기 구조이고,
    Figure 112015095302548-pat00279

    L4는 직접결합; 페닐렌기; 바이페닐릴렌기; 나프탈렌기; 플루오레닐렌기; 파이레닐렌기; 페닐렌-나프틸렌기; 페닐렌-파이레닐렌기; 또는 페닐렌-플루오레닐렌이고, 상기 L4는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 탄소수 6 내지 20의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 스피로 구조를 형성하며,
    X1은 O; S; 또는 Se이고,
    Ar4 및 Ar5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기 또는 나프틸기이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전자수송층은 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고,
    상기 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 HOMO 에너지 준위의 차는 0.2 eV 이상인 것인 유기 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함하고,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 삼중항 에너지는 상기 호스트의 삼중항 에너지보다 큰 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전자수송층은 하기 화학식 10으로 표시되는 n형 도펀트를 더 포함하는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 10]
    Figure 112015037845625-pat00281

    A3은 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    곡선은 M을 갖는 5원 또는 6원 고리를 형성하는데 필요한 결합 및 2 또는 3개의 원자를 나타내고, 상기 원자는 1 또는 2 이상의 A의 정의와 동일한 치환기로 치환 또는 비치환되며,
    M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이다.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 화학식 10으로 표시되는 n형 도펀트는 하기 화학식 10-1 또는 10-2로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 10-1]
    Figure 112015037845625-pat00282

    [화학식 10-2]
    Figure 112015037845625-pat00283

    화학식 10-1 및 10-2에 있어서,
    M은 화학식 10에서 정의한 바와 동일하고,
    화학식 10-1 및 10-2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 인접하는 치환기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성한다.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 HOMO 에너지 준위는 6 eV 이상인 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 삼중항 에너지는 2.2 eV 이상인 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 쌍극자 모멘트는 2 debye 이하인 것인 유기 발광 소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 전자 이동도는 10-6 cm2/Vs 이상인 것인 유기 발광 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전자수송층은 발광층에 접하여 구비되는 것인 유기 발광 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1-B로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 1-B]
    Figure 112015095302548-pat00284

    R1 내지 R4, Ar1, L1, l, m, 및 n 은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    x1은 1 내지 5의 정수이며,
    x2는 1 내지 4의 정수이고,
    x1 및 x2가 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호내의 구조는 서로 동일하거나 상이하며,
    X1 및 X2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 또는 페닐기이거나, 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    Figure 112015095302548-pat00487

    Figure 112015095302548-pat00488

    Figure 112015095302548-pat00489

    Figure 112015095302548-pat00490

    Figure 112015095302548-pat00491

    Figure 112015095302548-pat00492

    Figure 112015095302548-pat00493

    Figure 112015095302548-pat00494

    Figure 112015095302548-pat00495

    Figure 112015095302548-pat00496

    Figure 112015095302548-pat00497

    Figure 112015095302548-pat00498

    Figure 112015095302548-pat00499

    Figure 112015095302548-pat00500

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    Figure 112015095302548-pat00503

    Figure 112015095302548-pat00504

    Figure 112015095302548-pat00505

    Figure 112015095302548-pat00506

    Figure 112015095302548-pat00507

    Figure 112015095302548-pat00508

    Figure 112015095302548-pat00509

    Figure 112015095302548-pat00510

    Figure 112015095302548-pat00511

    Figure 112015095302548-pat00512

    Figure 112015095302548-pat00513

    Figure 112015095302548-pat00514

    Figure 112015095302548-pat00515

    Figure 112015095302548-pat00516

    Figure 112015095302548-pat00517

    '
    Figure 112015095302548-pat00518

    '
    Figure 112015095302548-pat00519
    '
    Figure 112015095302548-pat00520
    '
    Figure 112015095302548-pat00521

    Figure 112015095302548-pat00522

    Figure 112015095302548-pat00523

    Figure 112015095302548-pat00524

    Figure 112015095302548-pat00525

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    Figure 112015095302548-pat00530

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    Figure 112015095302548-pat00605

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    Figure 112015095302548-pat00636

    Figure 112015095302548-pat00637
    .
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전자수송층에 포함되는 호스트 물질의 쌍극자 모멘트는 1 debye 이상인 것인 유기 발광 소자.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3-1 내지 3-101 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    Figure 112015037845625-pat00438

    Figure 112015037845625-pat00439

    Figure 112015037845625-pat00440

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    Figure 112015037845625-pat00454

    Figure 112015037845625-pat00455
    .
  23. 삭제
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 하기 화학식 4-1 내지 4-84 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    Figure 112015037845625-pat00456

    Figure 112015037845625-pat00457

    Figure 112015037845625-pat00458

    Figure 112015037845625-pat00459

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    Figure 112015037845625-pat00465

    Figure 112015037845625-pat00466
    .
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 2 이상의 발광층을 포함하고,
    상기 2 이상의 발광층 중 인접하는 2개의 발광층 사이에 전하발생층을 포함하며,
    상기 전하발생층은 상기 제2 전자수송층 및 p형 유기물층을 포함하며,
    상기 발광층과 상기 제2 전자수송층 사이에 상기 제1 전자수송층이 구비되는 것인 유기 발광 소자.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 전하발생층에 포함되는 제2 전자수송층과 상기 p형 유기물층은 NP 접합을 하는 것인 유기 발광 소자.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 p형 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층 및 발광층으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유기 발광 소자.
  32. 청구항 29에 있어서,
    상기 p형 유기물층은 하기 화학식 7 내지 9로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 7]
    Figure 112015037845625-pat00473

    화학식 7에 있어서,
    A10 내지 A15는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기; 니트로기; 아미드기; 카르보닐기; 치환 또는 비치환된 술포닐기; 치환 또는 비치환된 에스터기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 똔느 비치환된 헤테로고리이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하고,
    [화학식 8]
    Figure 112015037845625-pat00474

    화학식 8에 있어서,
    A16 내지 A18은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시아노기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 아릴기; 또는 시아노기, 할로겐기 및 할로 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 헤테로고리기이며,
    [화학식 9]
    Figure 112015037845625-pat00475

    화학식 9에 있어서,
    Ar10은 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리이고,
    Y1 내지 Y4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N; 또는 CA23이며,
    A19 내지 A23는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 니트릴기; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 기와 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하고,
    Cy1 및 Cy2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 구조 중 어느 하나이며,
    Figure 112015037845625-pat00476

    A24 내지 A26은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 니트릴기; 치환 또는 비치환된 에스터기; 또는 치환 또는 비치환된 트리플루오로알킬기이다.
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