KR102516059B1 - 발광 소자 및 이를 포함한 장치 - Google Patents

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Abstract

발광 소자 및 이의 제조 방법이 개시된다.

Description

발광 소자 및 이를 포함한 장치{Light-emitting device and apparatus including the same}
발광 소자 및 이를 포함한 장치에 관한 것이다.
발광 소자는 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 소자이다. 이러한 발광 소자의 예시로는, 발광층에 유기 재료를 사용하는 유기 발광 소자, 발광층에 양자점을 사용하는 양자점 발광 소자 등이 있다.
상기 발광 소자는 기판 상부에 제1전극이 배치되어 있고, 상기 제1전극 상부에 정공 수송 영역(hole transport region), 발광층, 전자 수송 영역(electron transport region) 및 제2전극이 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 상기 제1전극으로부터 주입된 정공은 정공 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동하고, 제2전극으로부터 주입된 전자는 전자 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
발광층에 무기물과 유기물을 함께 포함하는 발광 소자 및 이를 포함한 장치를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 발광층을 포함하는 중간층;을 포함하고, 상기 발광층은 제1재료, 제2재료 및 제3재료를 포함하고, 상기 제1재료는 무기 반도체 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제2재료는 란타넘족 금속을 포함하고, 상기 제3재료는 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자가 제공된다.
상기 실시예에서, 상기 제1재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제2재료는 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테늄(Lu), 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제3재료는 유기 형광 도펀트 화합물, 유기금속 인광 도펀트 화합물, 유기 지연 형광 도펀트 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제1재료는 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaBr, KBr, RbBr, CsBr, MgI2, CaI2, SrI2, BaI2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgBr2, CaBr2, SrBr2, BaBr2, EuI3, YbI3, SmI3, TmI3, EuI2, YbI2, SmI2, TmI2, EuCl3, YbCl3, SmCl3, TmCl3, EuBr3, YbBr3, SmBr3, TmBr3, AgI, CuI, NiI2, CoI2, BiI3, PbI2, SnI2, Te, EuTe, YbTe, SmTe, TmTe, EuSe, YbSe, SmSe, TmSe, ZnTe, CoTe, ZnSe, CoSe, Bi2Te3, Bi2Se3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제1재료는 KI, RbI, CsI, CuI, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제2재료는 Yb, Tm, Sm, Eu, Er 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제1재료의 부피는 상기 제2재료의 부피 이상일 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제1전극이 애노드이고, 상기 제2전극이 캐소드이고, 상기 중간층은 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역 및/또는 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함하고, 상기 정공 수송 영역은, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 전자 수송 영역은, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 정공 주입층은 제4재료 및 제5재료를 포함하고, 상기 제4재료 및 상기 제5재료는 서로 상이하고, 상기 제4재료는 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제5재료는 정공 수송성 유기 화합물, 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제5재료는 정공 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제4재료 대 제5재료의 부피비는 1:99 내지 20:80이거나; 또는 상기 제5재료는 후전이금속의 할로겐화물, 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제4재료 대 제5재료의 부피비는 0:100 내지 50:50일 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 전자 주입층은 제6재료를 포함하고, 상기 제6재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 전자 주입층은 제6재료로 이루어질(consist of) 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 전자 주입층은 제7재료를 더 포함하고, 상기 제6재료 및 상기 제7재료는 서로 상이하고, 상기 제7재료는 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제6재료는 하기 화학식 X로 표시되고, 상기 제7재료는 하기 화학식 Y로 표시될 수 있다:
<화학식 X>
AnBm
<화학식 Y>
C
상기 식 X 및 Y 중,
A 및 C는 서로 독립적으로, 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
B는 할로겐이고,
n 및 m는 서로 독립적으로, 상기 제6재료를 중성으로 만드는 1 이상의 정수이고,
A 및 C는 서로 상이하다.
상기 실시예에서, 상기 전자 주입층 중 상기 제6재료의 부피는 상기 제7재료의 부피 이상일 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 정공 수송층은 상기 발광층에 직접 접촉하고, 상기 정공 수송층은 제8재료 및 제9재료를 포함하고, 상기 제8재료와 상기 제9재료는 서로 상이하고, 상기 제8재료는 정공 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제9재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 전자 수송층은 상기 발광층에 직접 접촉하고, 상기 전자 수송층은 제10재료 및 제11재료를 포함하고, 상기 제10재료와 상기 제11재료는 서로 상이하고, 상기 제10재료는 전자 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제11재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 n개의 발광 유닛들; 및 인접한 상기 발광 유닛들 사이에 개재된 n-1개의 전하 발생 유닛(들); 을 포함하고, n은 2 이상의 자연수이고; 상기 발광 유닛들은 각각 발광층을 포함하고, 상기 발광층들 중 적어도 하나는 제1재료, 제2재료 및 제3재료를 포함하고, 상기 제1재료는 무기 반도체 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제2재료는 란타넘족 금속을 포함하고, 상기 제3재료는 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자가 제공된다.
상기 실시예에서, 상기 전하 발생 유닛(들)은 각각 n-형 전하 생성층 및 p-형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 n-형 전하 생성층은 제12재료 및 제13재료를 포함하고, 상기 제12재료는 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속, 전이금속, 후전이금속, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제13재료는 전자 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 p-형 전하 생성층은 제14재료 및 제15재료를 포함하고, 상기 제14재료는 정공 수송성 유기 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제15재료는 무기 반도체 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 소스 전극, 드레인 전극 및 활성층을 포함한 박막 트랜지스터; 및 상술한 발광 소자; 를 포함하고, 상기 발광 소자의 제1전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나가 서로 전기적으로 연결되어 있는, 장치가 제공된다.
상기 실시예에서, 상기 장치는 컬러 필터를 더 포함하고, 상기 컬러 필터는 상기 발광 소자의 광이 취출되는 경로 상에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는 고효율을 가지며, 제조 원가가 상대적으로 낮을 수 있다.
도 1 내지 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.
본 명세서 중 "중간층"은 상기 발광 소자 중 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 단일 및/또는 복수의 모든 층을 가리키는 용어이다. 상기 "중간층"의 층에 포함된 물질은 유기물 및/또는 무기물일 수 있다.
본 명세서 중 "(중간층이) 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다"란, "(중간층이) 상기 화학식 1의 범주에 속하는 1종의 화합물 또는 상기 화학식 1의 범주에 속하는 서로 다른 2종 이상의 화합물을 포함할 수 있다"로 해석될 수 있다.
본 명세서 중, "족(Group)"은 IUPAC 원소 주기율표 상의 족을 의미한다.
본 명세서 중, "무기 반도체 화합물"은 무기물이면서, 밴드 갭(band gap)이 4eV 미만인 모든 화합물을 의미한다. 구체적으로, 무기 반도체 화합물은 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 무기 반도체 화합물은 EuI2, YbI2, SmI2, TmI2, AgI, CuI, NiI2, CoI2, BiI3, PbI2, SnI2, Te, EuTe, YbTe, SmTe, TmTe, EuSe, YbSe, SmSe, TmSe, ZnTe, CoTe, ZnSe, CoSe, Bi2Te3, Bi2Se3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "무기 절연체 화합물"은 무기물이면서, 밴드 갭이 4eV 이상인 모든 화합물을 의미한다. 구체적으로, 무기 절연체 화합물은 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 무기 절연체 화합물은 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaF, KF, RbF, CsF, MgI2, CaI2, SrI2, BaI2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, EuI3, YbI3, SmI3, TmI3, EuCl3, YbCl3, SmCl3, TmCl3, EuF3, YbF3, SmF3, TmF3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "알칼리금속의 할로겐화물"은 알칼리금속과 할로겐이 이온 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 알칼리금속의 할로겐화물은 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaF, KF, RbF, CsF, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "알칼리토금속의 할로겐화물"은 알칼리토금속과 할로겐이 이온 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 알칼리토금속의 할로겐화물은 MgI2, CaI2, SrI2, BaI2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘족금속의 할로겐화물"은 란타넘족금속과 할로겐이 이온 결합 및/또는 공유 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속의 할로겐화물은 EuI2, YbI2, SmI2, TmI2, EuI3, YbI3, SmI3, TmI3, EuCl3, YbCl3, SmCl3, TmCl3, EuF3, YbF3, SmF3, TmF3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속의 할로겐화물"은 전이금속과 할로겐이 이온 결합 및/또는 공유 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 전이금속의 할로겐화물은 AgI, CuI, NiI2, CoI2, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속의 할로겐화물"은 후전이금속과 할로겐이 이온 결합 및/또는 공유 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 후전이금속의 할로겐화물은 BiI3, PbI2, SnI2, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘족금속의 텔루르화물"은 란타넘족금속과 텔루륨(Te)이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속의 텔루르화물은 EuTe, YbTe, SmTe, TmTe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속의 텔루르화물"은 전이금속과 텔루륨이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 전이금속의 텔루르화물은 ZnTe, CoTe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속의 텔루르화물"은 후전이금속과 텔루륨이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 후전이금속의 텔루르화물은 Bi2Te3을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘족금속의 셀렌화물"은 란타넘족금속과 셀레늄(Se)이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속의 셀렌화물은 EuSe, YbSe, SmSe, TmSe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속의 셀렌화물"은 전이금속과 셀레늄이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 전이금속의 셀렌화물은 ZnSe, CoSe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속의 셀렌화물"은 후전이금속과 셀레늄이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 후전이금속의 셀렌화물은 Bi2Se3을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "알칼리금속"은 1족 원소를 의미한다. 구체적으로, 알칼리금속은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 또는 세슘(Cs)일 수 있다.
본 명세서 중, "알칼리토금속"은 2족 원소를 의미한다. 구체적으로, 알칼리토금속은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 또는 바륨(Ba)일 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘금속"은 란타넘 및 주기율표상의 란타넘족 원소를 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속은 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 또는 루테늄(Lu)일 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속"은 4주기 내지 7주기에 속하면서, 3족 내지 12족에 속하는 원소를 의미한다. 구체적으로, 전이금속은 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 아연(Zn), 또는 카드뮴(Cd)일 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속"은 4주기 내지 7주기에 속하면서, 13족 내지 17족에 속하는 금속 원소를 의미한다. 구체적으로, 후전이금속은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 또는 폴로늄(Po)일 수 있다.
본 명세서 중, "할로겐"은 17족 원소를 의미한다. 구체적으로, 할로겐은 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 또는 아이오딘(I)일 수 있다.
[도 1에 대한 설명]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(1)는 제1전극(110); 제2전극(190); 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 발광층을 포함하는 중간층(150);을 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 따르는 발광 소자(1)의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
[제1전극(110)]
도 1의 제1전극(110)의 하부 또는 제2전극(190)의 상부에는 기판이 추가로 배치될 수 있다. 상기 기판으로는, 기계적 강도, 열안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1전극(110)은, 예를 들면, 기판 상부에, 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(110)이 애노드일 경우, 정공 주입이 용이하도록, 제1전극용 물질은, 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1전극(110)은 반사형 전극, 반투과형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 투과형 전극인 제1전극(110)을 형성하기 위하여, 제1전극용 물질은, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는, 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 제1전극(110)을 형성하기 위하여, 제1전극용 물질은, 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극(110)은 단일층인 단층 구조 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(110)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[중간층(150)]
상기 제1전극(110) 상부에는 중간층(150)이 배치되어 있다. 상기 유기층(150)은 발광층을 포함한다.
상기 중간층(150)은, 상기 제1전극(110)과 상기 발광층 사이에 개재된 정공 수송 영역(hole transport region) 및/또는 상기 발광층과 상기 제2전극(190) 사이에 개재된 전자 수송 영역(electron transport region)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1전극이 애노드이고, 상기 제2전극이 캐소드이고, 상기 중간층은 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역 및/또는 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함하고, 상기 정공 수송 영역은, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 전자 수송 영역은, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
[유기층(150) 중 정공 수송 영역]
상기 정공 수송 영역은, i) 단일 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조, ii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조 또는 iii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 정공 수송 영역은, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함을 포함할 수 있다.
[정공 수송 영역 중 정공 주입층]
상기 발광 소자는 상기 제1전극에 직접 접촉하는 정공 주입층을 구비할 수 있다.
상기 정공 주입층은 제4재료 및 제5재료를 포함하고, 상기 제4재료 및 상기 제5재료는 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 상기 제4재료는 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 정공 주입층 중 상기 제5재료의 부피는 상기 제4재료의 부피 이상일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 정공 주입층 중 상기 제4재료의 부피가 50% 이하일 수 있다.
예를 들어, 상기 제5재료는 정공 수송성 유기 화합물, 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제5재료는 정공 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제4재료 대 제5재료의 부피비는 1:99 내지 20:80일 수 있다.
또는, 상기 제5재료는 후전이금속의 할로겐화물, 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제4재료 대 제5재료의 부피비는 0:100 내지 50:50일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 제4재료 대 제5재료의 부피비는 0.01:99.99 내지 50:50, 0.1:99.9 내지 50:50, 또는 1:99 내지 50:50일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서 중, "정공 수송성 유기 화합물"은 정공 수송성을 갖는 유기물을 모두 의미한다.
구체적으로, 상기 정공 수송성 유기 화합물은 m-MTDATA, TDATA, 2-TNATA, NPB(NPD), β-NPB, TPD, Spiro-TPD, Spiro-NPB, 메틸화된-NPB, TAPC, HMTPD, TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine (4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민)), PANI/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid (폴리아닐린/도데실벤젠술폰산)), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate) (폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트))), PANI/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonic acid (폴리아닐린/캠퍼술폰산)), PANI/PSS (Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate) (폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)), 하기 화학식 201로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 202로 표시되는 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다:
Figure 112020020497974-pat00001
Figure 112020020497974-pat00002
<화학식 201>
Figure 112020020497974-pat00003
<화학식 202>
Figure 112020020497974-pat00004
상기 화학식 201 및 202 중,
L201 내지 L204는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
L205은, *-O-*', *-S-*', *-N(Q201)-*', 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
xa1 내지 xa4는 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중에서 선택되고,
xa5는 1 내지 10의 정수 중에서 선택되고,
R201 내지 R204 및 Q201은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 202 중 R201과 R202는, 선택적으로(optionally), 단일 결합, 디메틸-메틸렌기 또는 디페닐-메틸렌기를 통하여 서로 연결될 수 있고, R203과 R204는, 선택적으로, 단일 결합, 디메틸-메틸렌기 또는 디페닐-메틸렌기를 통하여 서로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 화학식 201 및 202 중,
L201 내지 L205는 서로 독립적으로,
페닐렌기, 펜탈레닐렌기, 인데닐렌기, 나프틸렌기, 아줄레닐렌기, 헵탈레닐렌기, 인다세닐렌기, 아세나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-비플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페날레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐렌기, 나프타세닐렌기, 피세닐렌기, 페릴레닐렌기, 펜타페닐렌기, 헥사세닐렌기, 펜타세닐렌기, 루비세닐렌기, 코로네닐렌기, 오발레닐렌기, 티오페닐렌기, 퓨라닐렌기, 카바졸일렌기, 인돌일렌기, 이소인돌일렌기, 벤조퓨라닐렌기, 벤조티오페닐렌기, 디벤조퓨라닐렌기, 디벤조티오페닐렌기, 벤조카바졸일렌기, 디벤조카바졸일렌기, 디벤조실롤일렌기 및 피리디닐렌기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, C1-C10알킬기로 치환된 페닐기, -F로 치환된 페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 루비세닐기, 코로네닐기, 오발레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33) 및 -N(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 페닐렌기, 펜탈레닐렌기, 인데닐렌기, 나프틸렌기, 아줄레닐렌기, 헵탈레닐렌기, 인다세닐렌기, 아세나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-비플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페날레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐렌기, 나프타세닐렌기, 피세닐렌기, 페릴레닐렌기, 펜타페닐렌기, 헥사세닐렌기, 펜타세닐렌기, 루비세닐렌기, 코로네닐렌기, 오발레닐렌기, 티오페닐렌기, 퓨라닐렌기, 카바졸일렌기, 인돌일렌기, 이소인돌일렌기, 벤조퓨라닐렌기, 벤조티오페닐렌기, 디벤조퓨라닐렌기, 디벤조티오페닐렌기, 벤조카바졸일렌기, 디벤조카바졸일렌기, 디벤조실롤일렌기 및 피리디닐렌기;
중에서 선택되고,
상기 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, xa1 내지 xa4는 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, xa5는 1, 2, 3 또는 4일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, R201 내지 R204 및 Q201은 서로 독립적으로, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 루비세닐기, 코로네닐기, 오발레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, C1-C10알킬기로 치환된 페닐기, -F로 치환된 페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 루비세닐기, 코로네닐기, 오발레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, -Si(Q31)(Q32)(Q33) 및 -N(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 루비세닐기, 코로네닐기, 오발레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기;
중에서 선택될 수 있고,
상기 Q31 내지 Q33에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 201 중 R201 내지 R203 중 적어도 하나는, 서로 독립적으로,
플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, C1-C10알킬기로 치환된 페닐기, -F로 치환된 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기;
중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 202 중 i) R201과 R202은 단일 결합을 통하여 서로 연결될 수 있거나, 및/또는 ii) R203과 R204은 단일 결합을 통하여 서로 연결될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 202 중 R201 내지 R204 중 적어도 하나는,
카바졸일기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, C1-C10알킬기로 치환된 페닐기, -F로 치환된 페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 카바졸일기;
중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 201로 표시되는 화합물은 하기 화학식 201A로 표시될 수 있다:
<화학식 201A>
Figure 112020020497974-pat00005
예를 들어, 상기 화학식 201로 표시되는 화합물은 하기 화학식 201A(1)로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 201A(1)>
Figure 112020020497974-pat00006
또 다른 예로서, 상기 화학식 201로 표시되는 화합물은 하기 화학식 201A-1로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 201A-1>
Figure 112020020497974-pat00007
한편, 상기 화학식 202로 표시되는 화합물은 하기 화학식 202A로 표시될 수 있다:
<화학식 202A>
Figure 112020020497974-pat00008
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 202로 표시되는 화합물은 하기 화학식 202A-1로 표시될 수 있다:
<화학식 202A-1>
Figure 112020020497974-pat00009
상기 화학식 201A, 201A(1), 201A-1, 202A 및 202A-1 중,
L201 내지 L203, xa1 내지 xa3, xa5 및 R202 내지 R204에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조하고,
R211 및 R212에 대한 설명은 본 명세서 중 R203에 대한 설명을 참조하고,
R213 내지 R217은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, C1-C10알킬기로 치환된 페닐기, -F로 치환된 페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 루비세닐기, 코로네닐기, 오발레닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기 중에서 선택될 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 하기 화합물 HT1 내지 HT39 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112020020497974-pat00010
Figure 112020020497974-pat00011
Figure 112020020497974-pat00012
Figure 112020020497974-pat00013
Figure 112020020497974-pat00014
Figure 112020020497974-pat00015
Figure 112020020497974-pat00016
상기 정공 주입층의 두께는 0.1 내지 20 nm일 수 있다. 상술한 범위를 만족하는 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
[정공 수송 영역 중 정공 수송층]
상기 발광 소자는 상기 발광층에 직접 접촉하는 정공 수송층을 구비할 수 있다.
상기 정공 수송층은 제8재료 및 제9재료를 포함하고, 상기 제8재료와 상기 제9재료는 서로 상이하고, 상기 제8재료는 정공 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제9재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송층 중 상기 제8재료의 부피는 상기 제9재료의 부피 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 정공 수송층 중 상기 제8재료 대 제9재료의 부피비는 99:1 내지 50:50일 수 있다.
상기 정공 수송층의 두께는 0.1 내지 10 nm일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
[정공 수송 영역 중 전하-생성 물질]
상기 정공 수송 영역은 상술한 바와 같은 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하-생성 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 전하-생성 물질은 상기 정공 수송 영역 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다.
상기 전하-생성 물질은 예를 들면, p-도펀트일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 p-도펀트의 LUMO는 -3.5eV 이하일 수 있다.
상기 p-도펀트는, 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 시아노기-함유 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 p-도펀트는, 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;
CuI와 같은 전이금속의 할로겐화물;
ZnTe와 같은 전이금속의 텔루르화물;
HAT-CN (1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile); 및
하기 화학식 221로 표시되는 화합물;
중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<HAT-CN> <F4-TCNQ>
Figure 112020020497974-pat00017
Figure 112020020497974-pat00018
<화학식 221>
Figure 112020020497974-pat00019
상기 화학식 221 중,
R221 내지 R223은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되되, 상기 R221 내지 R223 중 적어도 하나는 시아노기, -F, -Cl, -Br, -I, -F로 치환된 C1-C20알킬기, -Cl로 치환된 C1-C20알킬기, -Br로 치환된 C1-C20알킬기 및 -I로 치환된 C1-C20알킬기 중에서 선택된 적어도 하나의 치환기를 갖는다.
[중간층(150) 중 발광층]
상기 발광 소자가 풀 컬러 발광 소자일 경우, 발광층은, 개별 부화소별로, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 패터닝될 수 있다. 또는, 상기 발광층은, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층 중에서 선택된 2 이상의 층이 접촉 또는 이격되어 적층된 구조를 갖거나, 적색광 방출 물질, 녹색광 방출 물질 및 청색광 방출 물질 중에서 선택된 2 이상의 물질이 층구분없이 혼합된 구조를 가져, 백색광을 방출할 수 있다.
상기 발광층은 제1재료, 제2재료 및 제3재료를 포함한다.
상기 제1재료는 발광층 중에서 무기 호스트로서 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1재료 자체가 발광하는 것이 아니라, 상기 제1재료는 실질적으로 엑시톤을 제3재료로 전달하여 상기 제3재료에서 발광할 수 있도록 돕는 역할만을 수행할 수 있다.
상기 제2재료는 발광층 중에서 센서타이저로서 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2재료는 빠르게 삼중항 엑시톤을 일중항 엑시톤으로 역항간 전이하게 하고, 이를 다시 제3재료에 전달한다. 이에 따라, 실질적으로 모든 삼중항 엑시톤 및 일중항 엑시톤을 제3재료에 전달할 수 있게 돕는다. 즉, 상기 제2재료로 인해 발광 소자의 효율 및/또는 수명이 향상될 수 있다.
상기 제3재료는 발광 도펀트로서 역할을 할 수 있다.
상기 제1재료는 무기 반도체 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1재료는 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaBr, KBr, RbBr, CsBr, MgI2, CaI2, SrI2, BaI2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgBr2, CaBr2, SrBr2, BaBr2, EuI3, YbI3, SmI3, TmI3, EuI2, YbI2, SmI2, TmI2, EuCl3, YbCl3, SmCl3, TmCl3, EuBr3, YbBr3, SmBr3, TmBr3, AgI, CuI, NiI2, CoI2, BiI3, PbI2, SnI2, Te, EuTe, YbTe, SmTe, TmTe, EuSe, YbSe, SmSe, TmSe, ZnTe, CoTe, ZnSe, CoSe, Bi2Te3, Bi2Se3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제1재료는 KI, RbI, CsI, CuI, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제2재료는 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테늄(Lu), 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2재료는 Yb, Tm, Sm, Eu, Er 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제3재료는 유기 형광 도펀트 화합물, 유기금속 인광 도펀트 화합물, 유기 지연 형광 도펀트 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 유기 형광 도펀트 화합물은 형광을 방출할 수 있는 유기 화합물로서, 아릴아민 화합물 또는 스티릴아민 화합물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유기 형광 도펀트 화합물은 하기 화학식 501로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:
<화학식 501>
Figure 112020020497974-pat00020
상기 화학식 501 중,
Ar501은 치환 또는 비치환된 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
L501 내지 L503은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
xd1 내지 xd3는 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중에서 선택되고,
R501 및 R502는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
xd4는 1 내지 6의 정수 중에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 화학식 501 중 Ar501은,
나프탈렌 그룹, 헵탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹 및 인데노페난트렌 그룹; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 나프탈렌 그룹, 헵탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹 및 인데노페난트렌 그룹;
중에서 선택될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 501 중 L501 내지 L503은 서로 독립적으로,
페닐렌기, 나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-비플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐렌기, 페릴레닐렌기, 펜타페닐렌기, 헥사세닐렌기, 펜타세닐렌기, 티오페닐렌기, 퓨라닐렌기, 카바졸일렌기, 인돌일렌기, 이소인돌일렌기, 벤조퓨라닐렌기, 벤조티오페닐렌기, 디벤조퓨라닐렌기, 디벤조티오페닐렌기, 벤조카바졸일렌기, 디벤조카바졸일렌기, 디벤조실롤일렌기, 피리디닐렌기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 페닐렌기, 나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-비플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐렌기, 페릴레닐렌기, 펜타페닐렌기, 헥사세닐렌기, 펜타세닐렌기, 티오페닐렌기, 퓨라닐렌기, 카바졸일렌기, 인돌일렌기, 이소인돌일렌기, 벤조퓨라닐렌기, 벤조티오페닐렌기, 디벤조퓨라닐렌기, 디벤조티오페닐렌기, 벤조카바졸일렌기, 디벤조카바졸일렌기, 디벤조실롤일렌기, 피리디닐렌기;
중에서 선택될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 501 중 R501 및 R502는 서로 독립적으로,
페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기 및 -Si(Q31)(Q32)(Q33) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기;
중에서 선택되고,
상기 Q31 내지 Q33은 C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 501 중 xd4는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 유기 형광 도펀트 화합물은 하기 화합물 FD1 내지 FD22 중에서 선택될 수 있다:
Figure 112020020497974-pat00021
Figure 112020020497974-pat00022
Figure 112020020497974-pat00023
Figure 112020020497974-pat00024
Figure 112020020497974-pat00025
Figure 112020020497974-pat00026
Figure 112020020497974-pat00027
Figure 112020020497974-pat00028
Figure 112020020497974-pat00029
또는, 상기 유기 형광 도펀트 화합물은 하기 화합물들 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112020020497974-pat00030
Figure 112020020497974-pat00031
상기 유기 지연 형광 도펀트 화합물은 지연 형광만 방출하거나, 지연 형광 및 형광을 동시에 방출할 수 있는 유기 화합물을 의미한다.
구체적으로, 상기 유기 지연 형광 도펀트 화합물은 하기 화학식 502로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:
<화학식 502>
Figure 112020020497974-pat00032
상기 화학식 502 중,
A501 내지 A503은 서로 독립적으로, C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
L501 내지 L505는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
a501 내지 a505는 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중에서 선택되고,
R503 내지 R507은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
c11 내지 c13는 0 내지 6의 정수 중에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 화학식 502 중, A501 내지 A503는 서로 독립적으로, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 헵탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹 인데노페난트렌 그룹 및 하기 화학식 503으로 표시되는 그룹; 중에서 선택될 수 있다:
<화학식 503>
Figure 112020020497974-pat00033
상기 화학식 503 중,
A504 내지 A506에 대한 설명은 상기 화학식 502 중의 A501에 대한 설명을 참조하고,
L504 내지 L508에 대한 설명은 상기 화학식 502 중의 L501에 대한 설명을 참조하고,
a504 내지 a508에 대한 설명은 상기 화학식 502 중의 a501에 대한 설명을 참조하고,
R506 내지 R510에 대한 설명은 상기 화학식 502 중의 R503에 대한 설명을 참조하고,
c14 내지 c16에 대한 설명은 상기 화학식 502 중의 c11에 대한 설명을 참조한다.
다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 502 중 L501 내지 L505에 대한 설명은 전술한 바를 참조한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 502 중 R503 내지 R507은 서로 독립적으로,
메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기 및 -Si(Q31)(Q32)(Q33) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기 및 피리디닐기;
중에서 선택되고,
상기 Q31 내지 Q33은 C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 502 중, c11 내지 c13은 0 또는 1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 지연 형광 도펀트 화합물은 하기 화합물 FD23 내지 FD25 중에서 선택될 수 있다:
Figure 112020020497974-pat00034
상기 유기금속 인광 도펀트 화합물은 인광을 방출할 수 유기 화합물을 의미한다.
구체적으로, 상기 유기금속 인광 도펀트 화합물은 하기 화학식 401로 표시될 수 있다:
<화학식 401>
M(L401)xc1(L402)xc2
<화학식 402>
Figure 112020020497974-pat00035
상기 화학식 401 및 402 중,
M은 이리듐(Ir), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로퓸(Eu), 테르븀(Tb), 로듐(Rh) 및 툴륨(Tm) 중에서 선택되고,
L401은 상기 화학식 402로 표시되는 리간드 중에서 선택되고, xc1은 1, 2 또는 3이고, xc1이 2 이상일 경우 2 이상의 L401은 서로 동일하거나 상이하고,
L402는 유기 리간드이고, xc2는 0 내지 4의 정수 중에서 선택되고, xc2가 2 이상일 경우 2 이상의 L402는 서로 동일하거나 상이하고,
X401 내지 X404는 서로 독립적으로, 질소 또는 탄소이고,
X401과 X403은 단일 결합 또는 이중 결합을 통하여 연결되고, X402와 X404는 단일 결합 또는 이중 결합을 통하여 연결되고,
A401 및 A402는 서로 독립적으로, C5-C60카보시클릭 그룹 또는 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
X405는 단일 결합, *-O-*', *-S-*', *-C(=O)-*', *-N(Q411)-*', *-C(Q411)(Q412)-*', *-C(Q411)=C(Q412)-*', *-C(Q411)=*' 또는 *=C(Q411)=*'이고, 상기 Q411 및 Q412는, 수소, 중수소, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기이고,
X406은 단일 결합, O 또는 S이고,
R401 및 R402는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q401)(Q402)(Q403), -N(Q401)(Q402), -B(Q401)(Q402), -C(=O)(Q401), -S(=O)2(Q401) 및 -P(=O)(Q401)(Q402) 중에서 선택되고, 상기 Q401 내지 Q403은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, C6-C20아릴기 및 C1-C20헤테로아릴기 중에서 선택되고,
xc11 및 xc12는 서로 독립적으로, 0 내지 10의 정수 중에서 선택되고,
상기 화학식 402 중 * 및 *'은 상기 화학식 401 중 M과의 결합 사이트이다.
일 실시예에 따르면, 상기 화학식 402 중 A401 및 A402는 서로 독립적으로, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-바이플루오렌 그룹, 인덴 그룹, 피롤 그룹, 티오펜 그룹, 퓨란(furan) 그룹, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸(isoxazole) 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리미딘 그룹, 피리다진 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 카바졸 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 벤조퓨란(benzofuran) 그룹, 벤조티오펜 그룹, 이소벤조티오펜 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 디벤조퓨란(dibenzofuran) 그룹 및 디벤조티오펜 그룹 중에서 선택될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 402 중 i) X401은 질소이고, X402는 탄소이거나, 또는 ii) X401과 X402가 모두 질소일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 402 중 R401 및 R402는 서로 독립적으로,
수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기 및 C1-C20알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 페닐기, 나프틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 아다만타닐기, 노르보나닐기 및 노르보네닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20알킬기 및 C1-C20알콕시기;
시클로펜틸기, 시클로헥실기, 아다만타닐기, 노르보나닐기, 노르보네닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 아다만타닐기, 노르보나닐기, 노르보네닐기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 아다만타닐기, 노르보나닐기, 노르보네닐기 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 카바졸일기, 디벤조퓨라닐기 및 디벤조티오페닐기; 및
-Si(Q401)(Q402)(Q403), -N(Q401)(Q402), -B(Q401)(Q402), -C(=O)(Q401), -S(=O)2(Q401) 및 -P(=O)(Q401)(Q402);
중에서 선택되고,
상기 Q401 내지 Q403은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 401 중 xc1이 2 이상일 경우, 2 이상의 L401 중 2개의 A401은 선택적으로(optionally), 연결기인 X407을 통하여 서로 연결되거나, 2개의 A402는 선택적으로, 연결기인 X408을 통하여 서로 연결될 수 있다 (하기 화합물 PD1 내지 PD4 및 PD7 참조). 상기 X407 및 X408은 서로 독립적으로, 단일 결합, *-O-*', *-S-*', *-C(=O)-*', *-N(Q413)-*', *-C(Q413)(Q414)-*' 또는 *-C(Q413)=C(Q414)-*' (여기서, Q413 및 Q414는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기임)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 401 중 L402는 임의의 1가, 2가 또는 3가의 유기 리간드일 수 있다. 예를 들어, 상기 L402는 할로겐, 디케톤 (예를 들면, 아세틸아세토네이트), 카르복실산(예를 들면, 피콜리네이트), -C(=O), 이소니트릴, -CN 및 포스포러스 (예를 들면, 포스핀(phosphine), 포스파이트(phosphite)) 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또는, 상기 유기금속 인광 도펀트 화합물은 예를 들어, 하기 화합물 PD1 내지 PD25 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112020020497974-pat00036
Figure 112020020497974-pat00037
Figure 112020020497974-pat00038
상기 제1재료의 부피는 상기 제2재료의 부피 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1재료 대 상기 제2재료의 부피비는 99:1 내지 50:50일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 제2재료가 상기 제1재료에 선택적인 에너지 준위를 형성함으로써, 센서타이저의 역할을 충분히 수행할 수 있다.
상기 발광층 중 상기 제3재료의 부피는 1 % 내지 15%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 범위를 만족하는 경우, 제3재료가 발광 도펀트로서의 역할을 충분히 수행할 수 있다.
상기 발광층의 두께는 약 0.1 nm 내지 100 nm일 수 있다. 구체적으로, 상기 발광층의 두께는 15 nm 내지 50 nm일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 발광층이 청색광을 방출하는 경우 상기 청색 발광층의 두께는 15 nm 내지 20 nm일 수 있고, 상기 발광층이 녹색광을 방출하는 경우, 상기 녹색 발광층의 두께는 20 nm 내지 40 nm일 수 있고, 상기 발광층이 적색광을 방출하는 경우, 상기 적색 발광층의 두께는 40 nm 내지 50nm일 수 있다. 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 발광 소자는 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
[중간층(150) 중 전자 수송 영역]
상기 전자 수송 영역은 i) 단일 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조, ii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조 또는 iii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 수송 영역은, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[전자 수송 영역 중 전자 주입층]
상기 발광 소자는 상기 제2전극에 직접 접촉하는 전자 주입층을 구비할 수 있다.
상기 전자 주입층은 제6재료를 포함하고, 상기 제6재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자 주입층은 제6재료로 이루어질(consist of) 수 있다. 즉, 이 경우, 상기 전자 주입층은 제6재료 외에 다른 재료는 미포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 전자 주입층은 제7재료를 더 포함하고, 상기 제6재료 및 상기 제7재료는 서로 상이하고, 상기 제7재료는 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제6재료는 약 7 eV 이상의 넓은 밴드 갭을 갖는 화합물일 수 있다. 이에 따라, 상기 제6재료는 실질적으로 광흡수를 하지 않을 수 있다.
구체적으로, 상기 제7재료는 약 2. 6 eV 이하의 낮은 일함수를 갖는 화합물일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제6재료는 하기 화학식 X로 표시되고, 상기 제7재료는 하기 화학식 Y로 표시될 수 있다:
<화학식 X>
AnBm
<화학식 Y>
C
상기 식 X 및 Y 중,
A 및 C는 서로 독립적으로, 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
B는 할로겐이고,
n 및 m는 서로 독립적으로, 상기 제6재료를 중성으로 만드는 1 이상의 정수이고,
A 및 C는 서로 상이하다.
A 및 C가 상이하면, 상기 제6재료의 좁은 밴드 갭에 따른 광흡수를 상기 제7재료가 보완할 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 X 및 Y 중, A는 Li, Na, K, Rb, Cs, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고; B는 F, Cl, Br, I, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고; n 및 m은 각각 1이고; C는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 재6재료는 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaF, KF, RbF, CsF 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제7재료는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층 중 상기 제6재료의 부피는 상기 제7재료의 부피 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 전자 주입층 중 상기 제7재료의 부피가 0% 초과 내지 50% 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 전자 주입층 중 상기 제7재료의 부피가 5% 이상 내지 10% 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 제6재료의 좁은 밴드 갭에 따른 광흡수를 상기 제7재료가 보완하는데 충분할 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 0.1 내지 5 nm일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
[전자 수송 영역 중 전자 수송층]
상기 발광 소자는 상기 발광층에 직접 접촉하는 전자 수송층을 구비할 수 있다.
상기 전자 수송층은 제10재료 및 제11재료를 포함하고, 상기 제10재료와 상기 제11재료는 서로 상이하고, 상기 제10재료는 전자 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제11재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "전자 수송성 유기 화합물"은 π 전자 결핍성 함질소 고리를 적어도 하나 포함한 금속-비함유 화합물을 의미한다.
상기 "π 전자 결핍성 함질소 고리"는, 고리-형성 모이어티로서, 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 C1-C60헤테로시클릭 그룹을 의미한다.
예를 들어, 상기 "π 전자 결핍성 함질소 고리"는, i) 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 5원 내지 7원 헤테로모노시클릭 그룹이거나, ii) 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 5원 내지 7원 헤테로모노시클릭 그룹 중 2 이상이 서로 축합되어 있는 헤테로폴리시클릭 그룹이거나, 또는 iii) 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 5원 내지 7원 헤테로모노시클릭 그룹 중 적어도 하나와, 적어도 하나의 C5-C60카보시클릭 그룹이 서로 축합되어 있는 헤테로폴리시클릭 그룹일 수 있다.
상기 π 전자 결핍성 함질소 고리의 구체예로는, 이미다졸, 피라졸, 티아졸, 이소티아졸, 옥사졸, 이속사졸, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 인다졸, 푸린(purine), 퀴놀린, 이소퀴놀린, 벤조퀴놀린, 프탈라진, 나프티리딘, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 시놀린, 페난트리딘, 아크리딘, 페난트롤린, 페나진, 벤조이미다졸, 이소벤조티아졸, 벤조옥사졸, 이소벤조옥사졸, 트리아졸, 테트라졸, 옥사디아졸, 트리아진, 티아디아졸, 이미다조피리딘, 이미다조피리미딘, 아자카바졸 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 본 명세서 중, "전자 수송성 유기 화합물"은 하기 화학식 601로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:
<화학식 601>
[Ar601]xe11-[(L601)xe1-R601]xe21
상기 화학식 601 중,
Ar601은 치환 또는 비치환된 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
xe11은 1, 2 또는 3이고,
L601은, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
xe1는 0 내지 5의 정수 중에서 선택되고,
R601은, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q601)(Q602)(Q603), - -C(=O)(Q601), -S(=O)2(Q601) 및 -P(=O)(Q601)(Q602) 중에서 선택되고,
상기 Q601 내지 Q603은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기이고,
xe21는 1 내지 5의 정수 중에서 선택된다.
일 실시예에 따르면, 상기 xe11개의 Ar601 및 xe21개의 R601 중 적어도 하나는, 상술한 바와 같은 π 전자 결핍성 함질소 고리를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 화학식 601 중 고리 Ar601은,
벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 카바졸 그룹, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리미딘 그룹, 피리다진 그룹, 인다졸 그룹, 푸린 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 카바졸 그룹, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리미딘 그룹, 피리다진 그룹, 인다졸 그룹, 푸린 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹;
중에서 선택될 수 있고,
상기 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 601 중 xe11이 2 이상일 경우 2 이상의 Ar601은 단일 결합을 통하여 서로 연결될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 601 중 Ar601은 안트라센 그룹일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 601로 표시되는 화합물은 하기 화학식 601-1로 표시될 수 있다:
<화학식 601-1>
Figure 112020020497974-pat00039
상기 화학식 601-1 중,
X614는 N 또는 C(R614)이고, X615는 N 또는 C(R615)이고, X616은 N 또는 C(R616)이고, X614 내지 X616 중 적어도 하나는 N이고,
L611 내지 L613은 서로 독립적으로, 상기 L601에 대한 설명을 참조하고,
xe611 내지 xe613은 서로 독립적으로, 상기 xe1에 대한 설명을 참조하고,
R611 내지 R613은 서로 독립적으로, 상기 R601에 대한 설명을 참조하고,
R614 내지 R616은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 화학식 601 및 601-1 중 L601 및 L611 내지 L613은 서로 독립적으로,
페닐렌기, 나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-비플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐렌기, 페릴레닐렌기, 펜타페닐렌기, 헥사세닐렌기, 펜타세닐렌기, 티오페닐렌기, 퓨라닐렌기, 카바졸일렌기, 인돌일렌기, 이소인돌일렌기, 벤조퓨라닐렌기, 벤조티오페닐렌기, 디벤조퓨라닐렌기, 디벤조티오페닐렌기, 벤조카바졸일렌기, 디벤조카바졸일렌기, 디벤조실롤일렌기, 피리디닐렌기, 이미다졸일렌기, 피라졸일렌기, 티아졸일렌기, 이소티아졸일렌기, 옥사졸일렌기, 이속사졸일렌기, 티아디아졸일렌기, 옥사디아졸일렌기, 피라지닐렌기, 피리미디닐렌기, 피리다지닐렌기, 트리아지닐렌기, 퀴놀리닐렌기, 이소퀴놀리닐렌기, 벤조퀴놀리닐렌기, 프탈라지닐렌기, 나프티리디닐렌기, 퀴녹살리닐렌기, 퀴나졸리닐렌기, 시놀리닐렌기, 페난트리디닐렌기, 아크리디닐렌기, 페난트롤리닐렌기, 페나지닐렌기, 벤조이미다졸일렌기, 이소벤조티아졸일렌기, 벤조옥사졸일렌기, 이소벤조옥사졸일렌기, 트리아졸일렌기, 테트라졸일렌기, 이미다조피리디닐렌기, 이미다조피리미디닐렌기 및 아자카바졸일렌기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 티아디아졸일기, 옥사디아졸일기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 나프티리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페나지닐기, 벤조이미다졸일기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기 및 아자카바졸일기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 페닐렌기, 나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 스파이로-비플루오레닐렌기, 벤조플루오레닐렌기, 디벤조플루오레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐렌기, 페릴레닐렌기, 펜타페닐렌기, 헥사세닐렌기, 펜타세닐렌기, 티오페닐렌기, 퓨라닐렌기, 카바졸일렌기, 인돌일렌기, 이소인돌일렌기, 벤조퓨라닐렌기, 벤조티오페닐렌기, 디벤조퓨라닐렌기, 디벤조티오페닐렌기, 벤조카바졸일렌기, 디벤조카바졸일렌기, 디벤조실롤일렌기, 피리디닐렌기, 이미다졸일렌기, 피라졸일렌기, 티아졸일렌기, 이소티아졸일렌기, 옥사졸일렌기, 이속사졸일렌기, 티아디아졸일렌기, 옥사디아졸일렌기, 피라지닐렌기, 피리미디닐렌기, 피리다지닐렌기, 트리아지닐렌기, 퀴놀리닐렌기, 이소퀴놀리닐렌기, 벤조퀴놀리닐렌기, 프탈라지닐렌기, 나프티리디닐렌기, 퀴녹살리닐렌기, 퀴나졸리닐렌기, 시놀리닐렌기, 페난트리디닐렌기, 아크리디닐렌기, 페난트롤리닐렌기, 페나지닐렌기, 벤조이미다졸일렌기, 이소벤조티아졸일렌기, 벤조옥사졸일렌기, 이소벤조옥사졸일렌기, 트리아졸일렌기, 테트라졸일렌기, 이미다조피리디닐렌기, 이미다조피리미디닐렌기 및 아자카바졸일렌기;
중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 601 및 601-1 중 xe1 및 xe611 내지 xe613은 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식 601 및 601-1 중 R601 및 R611 내지 R613은 서로 독립적으로,
페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 티아디아졸일기, 옥사디아졸일기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 나프티리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페나지닐기, 벤조이미다졸일기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기 및 아자카바졸일기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 티아디아졸일기, 옥사디아졸일기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 나프티리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페나지닐기, 벤조이미다졸일기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기 및 아자카바졸일기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-비플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 펜타세닐기, 티오페닐기, 퓨라닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 이소인돌일기, 벤조퓨라닐기, 벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 디벤조실롤일기, 피리디닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 옥사졸일기, 이속사졸일기, 티아디아졸일기, 옥사디아졸일기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 나프티리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페나지닐기, 벤조이미다졸일기, 이소벤조티아졸일기, 벤조옥사졸일기, 이소벤조옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기 및 아자카바졸일기; 및
-S(=O)2(Q601) 및 -P(=O)(Q601)(Q602);
중에서 선택되고,
상기 Q601 및 Q602에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
상기 전자 수송 영역은 하기 화합물 ET1 내지 ET36 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112020020497974-pat00040
Figure 112020020497974-pat00041
Figure 112020020497974-pat00042
Figure 112020020497974-pat00043
Figure 112020020497974-pat00044
Figure 112020020497974-pat00045
Figure 112020020497974-pat00046
Figure 112020020497974-pat00047
Figure 112020020497974-pat00048
Figure 112020020497974-pat00049
Figure 112020020497974-pat00050
Figure 112020020497974-pat00051
또는, 상기 전자 수송 영역은 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), Alq3, BAlq, TAZ(3-(Biphenyl-4-yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole) 및 NTAZ 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112020020497974-pat00052
상기 전자 수송층 중 상기 제10재료의 부피는 상기 제11재료의 부피 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 전자 수송층 중 상기 제10재료 대 제11재료의 부피비는 99:1 내지 50:50일 수 있다.
상기 전자 수송층의 두께는 0.1 내지 10 nm일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
[전자 수송 영역 중 금속-함유 물질]
상기 전자 수송 영역은 상술한 바와 같은 물질 외에, 금속-함유 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 금속-함유 물질은 알칼리금속 착체 및 알칼리토금속 착체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 알칼리 금속 착체 및 알칼리 토금속 착체의 금속 이온에 배위된 리간드는, 서로 독립적으로, 히드록시퀴놀린, 히드록시이소퀴놀린, 히드록시벤조퀴놀린, 히드록시아크리딘, 히드록시페난트리딘, 히드록시페닐옥사졸, 히드록시페닐티아졸, 히드록시디페닐옥사디아졸, 히드록시디페닐티아디아졸, 히드록시페닐피리딘, 히드록시페닐벤조이미다졸, 히드록시페닐벤조티아졸, 비피리딘, 페난트롤린 및 시클로펜타다이엔 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체는, 예를 들면, 하기 화합물 ET-D1(리튬 퀴놀레이트, LiQ) 또는 ET-D2을 포함할 수 있다.
Figure 112020020497974-pat00053
[제2전극(190)]
상술한 바와 같은 중간층(150) 상부에는 제2전극(190)이 배치되어 있다. 상기 제2전극(190)은 전자 주입 전극인 캐소드(cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극(190)용 물질로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합(combination)을 사용할 수 있다.
상기 제2전극(190)은, 리튬(Li), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag), ITO 및 IZO 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2전극(190)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다.
상기 제2전극(190)은 단일층인 단층 구조 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 제2전극의 두께는 5 nm 내지 20 nm일 수 있다. 전술한 범위를 만족하는 경우, 제2전극에서의 광흡수를 최소화할 수 있으면서,
[도 2 내지 4에 대한 설명]
한편, 발광 소자는 제1캡핑층 및/또는 제2캡핑층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1캡핑층(210), 애노드(110), 중간층(150) 및 캐소드(190)가 차례로 적층된 구조를 갖거나(도 2 참조), 애노드(110), 중간층(150), 캐소드(190) 및 제2캡핑층(220)이 차례로 적층된 구조를 갖거나(도 3 참조), 제1캡핑층(210), 애노드(110), 중간층(150), 캐소드(190) 및 제2캡핑층(220)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다(도 4 참조).
발광 소자의 중간층 중 발광층에서 생성된 광은 반투과형 전극 또는 투과형 전극인 애노드 및 제1캡핑층을 지나 외부로 취출될 수 있고, 또는 발광 소자의 중간층 중 발광층에서 생성된 광은 반투과형 전극 또는 투과형 전극인 캐소드 및 제2캡핑층을 지나 외부로 취출될 수 있다.
상기 제1캡핑층 및 제2캡핑층은 보강 간섭의 원리에 의하여 외부 발광 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 제1캡핑층 및 제2캡핑층은 서로 독립적으로, 유기물로 이루어진 유기 캡핑층, 무기물로 이루어진 무기 캡핑층, 또는 유기물 및 무기물을 포함한 복합 캡핑층일 수 있다.
상기 제1캡핑층 및 제2캡핑층 중 적어도 하나는, 서로 독립적으로, 카보시클릭 화합물, 헤테로시클릭 화합물, 아민계 화합물, 포르핀 유도체 (porphine derivatives), 프탈로시아닌 유도체 (phthalocyanine derivatives), 나프탈로시아닌 유도체 (naphthalocyanine derivatives), 알칼리 금속 착체 및 알칼리 토금속 착체 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 카보시클릭 화합물, 헤테로시클릭 화합물 및 아민계 화합물은, 선택적으로, O, N, S, Se, Si, F, Cl, Br 및 I 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한 치환기로 치환될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 제1캡핑층 및 제2캡핑층 중 적어도 하나는, 서로 독립적으로, 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 제1캡핑층 및 제2캡핑층 중 적어도 하나는, 서로 독립적으로, 상기 화학식 201로 표시되는 화합물 또는 상기 화학식 202로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 제1캡핑층 및 제2캡핑층 중 적어도 하나는, 서로 독립적으로, 상기 화합물 HT28 내지 HT33 및 하기 화합물 CP1 내지 CP5 중에서 선택된 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112020020497974-pat00054
[텐덤 발광 소자]
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자(5)는 제1전극(510); 상기 제1전극에 대향된 제2전극(590); 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 n개의 발광 유닛(ELU1, ELU(n))들; 및 인접한 상기 발광 유닛들 사이에 개재된 n-1개의 전하 발생 유닛(CGU(n-1))(들);을 포함하고, n은 2 이상의 자연수이고; 상기 발광 유닛들은 각각 발광층을 포함할 수 있다.
상기 n개의 발광 유닛들은 각각 서로 다른 색광을 방출할 수도 있고, 서로 동일한 색광을 방출할 수도 있다.
구체적으로, 상기 n개의 발광 유닛들이 모두 청색광을 방출할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 상기 전하 발생 유닛(들)은 각각 n-형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
상기 n-형 전하 생성층은 제12재료 및 제13재료를 포함할 수 있다.
상기 제12재료는 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속, 전이금속, 후전이금속, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제13재료는 전자 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제13재료 대 제12재료의 부피비는 99:1 내지 80:20일 수 있다.
상기 n-형 전하 생성층의 두께는 0.1 nm 내지 20 nm일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 전하 발생 유닛(들)은 각각 p-형 전하 생성층을 더 포함할 수 있다.
상기 p-형 전하 생성층은 제14재료 및 제15재료를 포함할 수 있다.
상기 제14재료는 정공 수송성 유기 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제15재료는 무기 반도체 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제14재료는 정공 수송성 유기 화합물을 포함하고, 상기 제14재료 대 제15재료의 부피비는 99:1 내지 80:20일 수 있다.
다른 예로서, 상기 제14재료는 무기 절연체 화합물을 포함하고, 상기 제14재료 대 제15재료의 부피비는 99:1 내지 50:50일 수 있다.
상기 p-형 전하 생성층의 두께는 0.1 nm 내지 20 nm일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1전극이 애노드이고, 상기 제2전극이 캐소드이고, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 n번째 발광 유닛; 상기 제1전극 및 상기 n번째 발광 유닛 사이에 개재된 n-1번째 발광 유닛; 상기 n번째 발광 유닛 및 상기 n-1번째 발광 유닛 사이에 개재된 n-1번째 전하 발생 유닛; 을 포함하고; 상기 n번째 발광 유닛은 n번째 발광층을 포함하고, 상기 n-1번째 발광 유닛은 n-1번째 발광층을 포함하고, 상기 제1전극 및 상기 n-1번째 발광층 사이에 개재된 n-1번째 정공 수송 영역을 더 포함하고, 상기 n-번째 발광층 및 상기 n-1번째 전하 발생 유닛 사이에 개재된 n-1번째 전자 수송 영역을 더 포함하고, 상기 n-1번째 전하 발생 유닛 및 상기 n번째 발광층 사이에 개재된 n번째 정공 수송 영역을 더 포함하고, 상기 n번째 발광층 및 상기 제2전극 사이에 개재된 n번째 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 정공 수송 영역들은, 각각 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 복수의 전자 수송 영역들은, 각각 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
각 구성요소는 앞서 설명한 도 1에 따른 실시예의 대응되는 구성요소와 그 기능이 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
[장치]
상기 발광 소자는 각종 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 소자를 포함한 발광 장치, 인증 장치 또는 전자 장치가 제공될 수 있다.
[발광 장치]
상기 발광 장치는 컬러 필터가 상기 발광 소자로부터 방출되는 광의 적어도 하나의 진행 방향 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 소자로부터 방출되는 광은 청색광일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 장치의 제1기판은 복수의 부화소 영역을 구비하고, 상기 컬러 필터는 상기 복수의 부화소 영역 각각 대응하는 복수의 컬러 필터 영역을 구비할 수 있다. 상기 복수의 부화소 영역 사이에 화소 정의막이 형성되어 각각의 부화소 영역이 정의된다. 상기 컬러 필터는 복수의 컬러 필터 영역 사이에 차광 패턴이 형성될 수 있다.
상기 복수의 컬러 필터 영역은, 제1색광을 방출하는 제1컬러 필터 영역; 제2색광을 방출하는 제2컬러 필터 영역; 및 제3색광을 방출하는 제3컬러 필터 영역을 포함하고, 상기 제1색광, 상기 제2색광 및 상기 제3색광은 서로 상이한 최대 발광 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1색광은 적색광이고, 상기 제2색광은 녹색광이고, 상기 제3색광은 청색광일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 복수의 컬러 필터 영역은 모두 양자점을 포함하거나, 상기 복수의 컬러 필터 영역 중 일부만 양자점을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1컬러 필터 영역은 적색 양자점을 포함하고, 상기 제2컬러 필터 영역은 녹색 양자점을 포함하고, 상기 제3컬러 필터 영역은 양자점을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 발광 소자는 제1광을 방출하고, 상기 제1컬러 필터 영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제1-1색광을 방출하고, 상기 제2컬러 필터 영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제2-1색광을 방출하고, 상기 제3컬러 필터 영역은 상기 제1광을 그대로 투과시킬 수 있다. 이 때, 상기 제1-1색광, 상기 제2-1색광 및 상기 제1광은 서로 상이한 최대 발광 파장을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1광은 청색광일 수 있고, 상기 제1-1색광은 적색광일 수 있고, 상기 제2-1색광은 녹색광일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1컬러 필터 영역은 적색 양자점을 포함하고, 상기 제2컬러 필터 영역은 녹색 양자점을 포함하고, 상기 제3컬러 필터 영역은 청색 양자점을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 발광 소자는 제1광을 방출하고, 상기 제1컬러 필터 영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제1-1색광을 방출하고, 상기 제2컬러 필터 영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제2-1색광을 방출하고, 상기 제3컬러 필터 영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제3-1색광을 방출할 수 있다. 이 때, 상기 제1-1색광, 상기 제2-1색광 및 상기 제3-1색광은 서로 상이한 최대 발광 파장을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1광은 청색광일 수 있고, 상기 제1-1색광은 적색광일 수 있고, 상기 제2-1색광은 녹색광일 수 있고, 상기 제3-1색광은 청색광일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양자점은 반도체 화합물의 결정을 의미하며, 결정의 크기에 따라 다른 길이의 발광 파장을 방출하는 모든 물질을 포괄할 수 있다. 따라서, 상기 양자점을 구성하는 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 양자점은 III-VI족 반도체 화합물; II-VI족 반도체 화합물; III-V족 반도체 화합물; IV-VI족 반도체 화합물; IV족 원소 또는 화합물; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 III-VI족 반도체 화합물은 In2S3와 같은 이원소 화합물; AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 II-VI족 반도체 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 III-V족 반도체 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 IV-VI족 반도체 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 IV족 원소 또는 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단일원소 화합물; 및 SiC, SiGe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다.
한편, 상기 양자점은 균일한 단일 구조 또는 코어-쉘의 이중 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 코어-쉘은 상이한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 코어와 쉘을 이루는 물질은 서로 다른 반도체 화합물로 이루어질 수 있다.
상기 양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
상기 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4 등의 삼원소 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 등을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양자점의 직경은 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어 약 1 nm 내지 10 nm일 수 있다. 상기 양자점의 크기를 조절함으로써, 에너지 밴드 갭의 조절이 가능하므로, 양자점 발광층에서 다양한 파장대의 빛을 얻을 수 있다. 따라서 서로 다른 크기의 양자점을 사용함으로써, 여러 파장의 빛을 방출하는 디스플레이를 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 양자점의 크기는 컬러 디스플레이를 구성할 수 있도록, 적색, 녹색 및 청색광이 방출되도록 선택될 수 있다. 또한, 상기 양자점의 크기는 다양한 색의 빛이 결합되어, 백색광을 방출하도록 구성될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
양자점은 약 45nm 이하, 구체적으로 약 40nm 이하, 더욱 구체적으로 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
상기 양자점은 습식 화학 공정, 유기 금속 화학 증착 공정, 분자선 에피택시 공정 또는 이와 유사한 공정 등에 의해 합성될 수 있다.
상기 습식 화학 공정은 유기 용매에 전구체 물질을 넣어 입자 결정을 성장시키는 방법이다. 상기 결정이 성장할 때, 유기 용매가 자연스럽게 양자점 결정 표면에 배위된 분산제 역할을 하고, 상기 결정의 성장을 조절하기 때문에, 유기 금속 화학 증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이나 분자선 에피택시(MBE, Molecular Beam Epitaxy) 등의 기상 증착법보다 더 용이하고, 저비용의 공정을 통해, 무기 나노 입자의 성장을 제어할 수 있다.
상기 제1컬러 필터 영역, 상기 제2컬러 필터 영역 및 상기 제3컬러 필터 영역은 각각 산란체를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 장치는, 상술한 바와 같은 발광 소자 외에 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 상기 박막 트랜지스터는 소스 전극, 드레인 전극 및 활성층을 포함할 수 있고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나와 상기 발광 소자의 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 게이트 절연막 등을 더 포함할 수 있다.
상기 활성층은 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 유기 반도체, 산화물 반도체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 장치는 발광 소자를 밀봉하는 밀봉부를 더 포함할 수 있다. 상기 밀봉부는 상기 컬러 필터와 상기 발광 소자 사이에 개재될 수 있다. 상기 밀봉부는 상기 발광 소자로부터의 화상이 구현될 수 있도록 하고, 상기 발광 소자로 외기 및 수분이 침투하는 것을 차단한다. 상기 밀봉부는 투명한 글라스 또는 플라스틱 기판을 포함하는 밀봉 기판일 수 있다. 상기 밀봉부는 복수의 유기층 및/또는 복수의 무기층을 포함하는 박막 봉지층일 수 있다. 상기 밀봉부가 박막 봉지층이면 상기 평판 표시 장치 전체가 플렉시블하도록 할 수 있다.
상기 발광 장치는, 각종 디스플레이, 광원 등으로 사용될 수 있다.
[인증 장치]
상기 인증 장치는, 예를 들면, 생체(예를 들어, 손가락 끝, 눈동자 등)의 생체 정보를 이용하여 개인을 인증하는 생체 인증 장치일 수 있다.
상기 인증 장치는 상술한 바와 같은 발광 소자 외에 생체 정보 수집 수단을 더 포함할 수 있다.
[전자 장치]
상기 전자 장치는 퍼스널 컴퓨터(예를 들면, 모바일형 퍼스널 컴퓨터), 휴대 전화, 디지털 사진기, 전자 수첩, 전자 사전, 전자 게임기, 의료 기기(예를 들면, 전자 체온계, 혈압계, 혈당계, 맥박 계측 장치, 맥파 계측 장치, 심전표시 장치, 초음파 진단 장치, 내시경용 표시 장치), 어군 탐지기, 각종 측정 기기, 계기류(예를 들면, 차량, 항공기, 선박의 계기류), 프로젝터 등으로 응용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[제조 방법]
상기 정공 수송 영역에 포함된 각 층, 발광층 및 전자 수송 영역에 포함된 각 층은 각각, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여, 소정 영역에 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 상기 정공 수송 영역에 포함된 각 층, 발광층 및 전자 수송 영역에 포함된 각 층을 각각 형성할 경우, 증착 조건은, 예를 들면, 약 100 내지 약 500℃의 증착 온도, 약 10-8 내지 약 10-3 torr의 진공도 및 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 증착 속도 범위 내에서, 형성하고자 하는 층에 포함될 재료 및 형성하고자 하는 층의 구조를 고려하여 선택될 수 있다.
스핀 코팅법에 의하여 상기 정공 수송 영역에 포함된 각 층, 발광층 및 전자 수송 영역에 포함된 각 층을 각각 형성할 경우, 코팅 조건은, 예를 들면, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도 및 약 80℃ 내지 200℃의 열처리 온도 범위 내에서, 형성하고자 하는 층에 포함될 재료 및 형성하고자 하는 층의 구조를 고려하여 선택될 수 있다.
[치환기의 일반적인 정의]
본 명세서 중 C1-C60알킬기는, 탄소수 1 내지 60의 선형 또는 분지형 지방족 탄화수소 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, ter-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C60알킬렌기는 상기 C1-C60알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C2-C60알케닐기는, 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알케닐렌기는 상기 C2-C60알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C2-C60알키닐기는, 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에티닐기, 프로피닐기, 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알키닐렌기는 상기 C2-C60알키닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C60알콕시기는, -OA101(여기서, A101은 상기 C1-C60알킬기임)의 화학식을 갖는 1가 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로필옥시기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알킬기는, 탄소수 3 내지 10의 1가 포화 탄화수소 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알킬렌기는 상기 C3-C10시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬기는, N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 1,2,3,4-옥사트리아졸리디닐기(1,2,3,4-oxatriazolidinyl), 테트라히드로퓨라닐기(tetrahydrofuranyl), 테트라히드로티오페닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐기는 탄소수 3 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 가지나, 방향족성(aromaticity)을 갖지 않는 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐렌기는 상기 C3-C10시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 갖는다. 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기의 구체예에는, 4,5-디히드로-1,2,3,4-옥사트리아졸일기, 2,3-디히드로퓨라닐기, 2,3-디히드로티오페닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C6-C60아릴기는 탄소수 6 내지 60개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, C6-C60아릴렌기는 탄소수 6 내지 60개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다. 상기 C6-C60아릴기의 구체예에는, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기 등을 포함된다. 상기 C6-C60아릴기 및 C6-C60아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 상기 2 이상의 고리들은 서로 축합될 수 있다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로아릴기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 헤테로시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미하고, C1-C60헤테로아릴렌기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 헤테로시클릭 방향족 시스템을 갖는 2가 그룹을 의미한다. 상기 C1-C60헤테로아릴기의 구체예에는, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기 등이 포함되다. 상기 C1-C60헤테로아릴기 및 C1-C60헤테로아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 축합될 수 있다.
본 명세서 중 C6-C60아릴옥시기는 -OA102(여기서, A102는 상기 C6-C60아릴기임)를 가리키고, 상기 C6-C60아릴티오기(arylthio)는 -SA103(여기서, A103은 상기 C6-C60아릴기기임)를 가리킨다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로아릴옥시기는 -OA104(여기서, A104는 상기 C1-C60헤테로아릴기임)를 가리키고, 상기 C1-C60헤테로아릴티오기는 -SA105(여기서, A105는 상기 C1-C60헤테로아릴기임)를 가리킨다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 축합다환 그룹(non-aromatic condensed polycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소만을 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromaticity)을 갖는 1가 그룹(예를 들면, 탄소수 8 내지 60을 가짐)을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹의 구체예에는, 플루오레닐기 등이 포함되다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹(non-aromatic condensed heteropolycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소 외에 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성을 갖는 1가 그룹(예를 들면, 탄소수 1 내지 60을 가짐)을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 구체예에는, 카바졸일기 등이 포함된다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C5-C60카보시클릭 그룹이란, 고리-형성 원자로서 탄소만을 포함한 탄소수 5 내지 60의 모노시클릭 또는 폴리시클릭 그룹을 의미한다. 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 방향족 카보시클릭 그룹 또는 비-방향족 카보시클릭 그룹일 수 있다. 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 벤젠과 같은 고리, 페닐기와 같은 1가 그룹 또는 페닐렌기와 같은 2가 그룹일 수 있다. 또는, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹에 연결된 치환기에 개수에 따라, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 3가 그룹 또는 4가 그룹일 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로시클릭 그룹이란, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹과 동일한 구조를 갖되, 고리-형성 원자로서, 탄소(탄소수는 1 내지 60일 수 있음) 외에, N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함한 그룹을 의미한다.
본 명세서 중, 상기 치환된 C5-C60카보시클릭 그룹, 치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹, 치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환된 C6-C60아릴렌기, 치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, 치환된 C1-C60알킬기, 치환된 C2-C60알케닐기, 치환된 C2-C60알키닐기, 치환된 C1-C60알콕시기, 치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환된 C6-C60아릴기, 치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환된 C6-C60아릴티오기, 치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환된 C1-C60헤테로아릴옥시기, 치환된 C1-C60헤테로아릴티오기, 치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 치환기 중 적어도 하나는,
중수소(-D), -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, C1-C60헤테로아릴옥시기, C1-C60헤테로아릴티오기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q11)(Q12)(Q13), -N(Q11)(Q12), -B(Q11)(Q12), -C(=O)(Q11), -S(=O)2(Q11) 및 -P(=O)(Q11)(Q12) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, C1-C60헤테로아릴옥시기, C1-C60헤테로아릴티오기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, C1-C60헤테로아릴옥시기, C1-C60헤테로아릴티오기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q21)(Q22)(Q23), -N(Q21)(Q22), -B(Q21)(Q22), -C(=O)(Q21), -S(=O)2(Q21) 및 -P(=O)(Q21)(Q22) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, C1-C60헤테로아릴옥시기, C1-C60헤테로아릴티오기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 및
-Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32);
중에서 선택되고,
상기 Q11 내지 Q13, Q21 내지 Q23 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C1-C60헤테로아릴기, C1-C60헤테로아릴옥시기, C1-C60헤테로아릴티오기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, 중수소, -F 및 시아노기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 C1-C60알킬기, 중수소, -F 및 시아노기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 C6-C60아릴기, 비페닐기 및 터페닐기 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서 중 "Ph"은 페닐기를 의미하고, "Me"은 메틸기를 의미하고, "Et"은 에틸기를 의미하고, "ter-Bu" 또는 "But"은 tert-부틸기를 의미하고, "OMe"는 메톡시기를 의미한다.
본 명세서 중 "비페닐기"는 "페닐기로 치환된 페닐기"를 의미한다. 상기 "비페닐기"는, 치환기가 "C6-C60아릴기"인 "치환된 페닐기"에 속한다.
본 명세서 중 "터페닐기"는 "비페닐기로 치환된 페닐기"를 의미한다. 상기 "터페닐기"는, 치환기가 "C6-C60아릴기로 치환된 C6-C60아릴기"인 "치환된 페닐기"에 속한다.
본 명세서 중 * 및 *'은, 다른 정의가 없는 한, 해당 화학식 중 이웃한 원자와의 결합 사이트를 의미한다.
이하에서, 합성예 및 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 화합물 및 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 합성예 중 "A 대신 B를 사용하였다"란 표현 중 A의 몰당량과 B의 몰당량은 서로 동일하다.
[실시예]
실시예 1
15Ω/cm2 (1200Å) ITO 유리 기판(코닝사 제품)을 50mm x 50mm x 0.7mm 크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각 5분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 자외선을 조사하고 오존에 노출시켜 세정하고 진공 증착 장치에 설치하였다.
상기 유리 기판의 ITO 애노드 상에 HAT-CN 및 CuI를 97:3의 부피비로 공증착하여 10 nm의 두께의 정공 주입층을 형성하고, 상기 정공 주입층 상에 NPB를 증착하여 240 nm 두께의 제1정공 수송층을 형성하고, 상기 제1정공 수송층 상에 TCTA를 증착하여 5 nm 두께의 제2정공 수송층을 형성하였다. 상기 제2정공 수송층 상에 KI, CuI, Er 및 FD23를 90:5:3:2의 부피비로 공증착하여, 19 nm의 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 상에 T2T를 5 nm 두께의 제1전자 수송층을 형성하고, 상기 제1전자 수송층 상에 TPM-TAZ 및 Liq를 1:1의 부피비로 공증착하여 25 nm 두께의 제2전자 수송층하였다. 상기 제2전자 수송층 상에 KI 및 Yb를 95:5 내지 90:10의 부피비로 공증착하여 1 내지 2 nm의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에 Ag 및 Mg를 9:1의 부피비로 공증착하여 14 nm의 캐소드를 형성함으로써, 발광 소자를 제작하였다.
비교예 1
상기 발광층을 형성할 때, H18 및 FD23을 97:3의 부피비로 공증착하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 발광 소자를 제작하였다.
평가예 1
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제작된 발광 소자의 구동 전압, 구동 전압 변화, 전류 효율, 수명 및 CIE 색좌표를 Keithley SMU 236 및 휘도계 PR650을 이용하여 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 수명(T97)은, 발광 소자 구동 후 휘도(@400nit)가 초기 휘도(100%)의 97%가 되는데 걸리는 시간을 측정한 것이다. 구동 전압의 변화는 발광 소자를 구동한지 500 시간 후에 측정된 구동 전압과 초기 구동 전압 사이의 차이를 측정한 것이다.
발광층 구동 전압
(V)		 구동 전압 변화
(V)		 전류 효율
(cd/A)		 수명(T97)
(시간)		 색좌표
(y)
제1재료 제2재료 제3재료
실시예 1 KI 및 CuI Er FD23 11.2 1.5 30.2 550 0.112
비교예 1 H18 FD23 11.4 2 21.4 500 0.125
상기 표 1로부터, 실시예 1의 발광 소자는 비교예 1보다 효율 및 수명이 향상됨을 확인할 수 있고, 특히 현저히 향상된 효율을 가질 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1, 2, 3, 4, 5: 발광 소자
110, 510: 제1전극
150: 중간층
190, 590: 제2전극
210: 제1캡핑층
220: 제2캡핑층
ELU(n): n번째 발광 유닛
ELU1: 1번째 발광 유닛
CGU(n-1): n-1번째 전하 생성 유닛

Claims (20)

  1. 제1전극;
    제2전극; 및
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 발광층을 포함하는 중간층;을 포함하고,
    상기 발광층은 제1재료, 제2재료 및 제3재료를 포함하고,
    상기 제1재료는 무기 반도체 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 제2재료는 란타넘족 금속을 포함하고,
    상기 제3재료는 발광 도펀트로서 유기 형광 도펀트 화합물, 유기금속 인광 도펀트 화합물, 유기 지연 형광 도펀트 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 제2재료는 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테늄(Lu), 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1재료는 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaBr, KBr, RbBr, CsBr, MgI2, CaI2, SrI2, BaI2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgBr2, CaBr2, SrBr2, BaBr2, EuI3, YbI3, SmI3, TmI3, EuI2, YbI2, SmI2, TmI2, EuCl3, YbCl3, SmCl3, TmCl3, EuBr3, YbBr3, SmBr3, TmBr3, AgI, CuI, NiI2, CoI2, BiI3, PbI2, SnI2, Te, EuTe, YbTe, SmTe, TmTe, EuSe, YbSe, SmSe, TmSe, ZnTe, CoTe, ZnSe, CoSe, Bi2Te3, Bi2Se3, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1재료는 KI, RbI, CsI, CuI, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2재료는 Yb, Tm, Sm, Eu, Er 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1재료의 부피는 상기 제2재료의 부피 이상인, 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극이 애노드이고,
    상기 제2전극이 캐소드이고,
    상기 중간층은 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역 및/또는 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함하고,
    상기 정공 수송 영역은, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 전자 수송 영역은, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함한, 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 제4재료 및 제5재료를 포함하고,
    상기 제4재료 및 상기 제5재료는 서로 상이하고,
    상기 제4재료는 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 제5재료는 정공 수송성 유기 화합물, 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제5재료는 정공 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제4재료 대 제5재료의 부피비는 1:99 내지 20:80이거나; 또는
    상기 제5재료는 후전이금속의 할로겐화물, 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제4재료 대 제5재료의 부피비는 0:100 내지 50:50인, 발광 소자.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전자 주입층은 제6재료를 포함하고,
    상기 제6재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전자 주입층은 제6재료로 이루어진(consist of), 발광 소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전자 주입층은 제7재료를 더 포함하고,
    상기 제6재료 및 상기 제7재료는 서로 상이하고,
    상기 제7재료는 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제6재료는 하기 화학식 X로 표시되고, 상기 제7재료는 하기 화학식 Y로 표시되는, 발광 소자.
    <화학식 X>
    AnBm
    <화학식 Y>
    C
    상기 식 X 및 Y 중,
    A 및 C는 서로 독립적으로, 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
    B는 할로겐이고,
    n 및 m는 서로 독립적으로, 상기 제6재료를 중성으로 만드는 1 이상의 정수이고,
    A 및 C는 서로 상이하다.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 상기 발광층에 직접 접촉하고,
    상기 정공 수송층은 제8재료 및 제9재료를 포함하고,
    상기 제8재료와 상기 제9재료는 서로 상이하고,
    상기 제8재료는 정공 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 제9재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 전자 수송층은 상기 발광층에 직접 접촉하고,
    상기 전자 수송층은 제10재료 및 제11재료를 포함하고,
    상기 제10재료와 상기 제11재료는 서로 상이하고,
    상기 제10재료는 전자 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 제11재료는 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  16. 제1전극;
    상기 제1전극에 대향된 제2전극;
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 개재된 n개의 발광 유닛들; 및
    인접한 상기 발광 유닛들 사이에 개재된 n-1개의 전하 발생 유닛(들);을 포함하고,
    n은 2 이상의 자연수이고;
    상기 발광 유닛들은 각각 발광층을 포함하고,
    상기 발광층들 중 적어도 하나는 제1재료, 제2재료 및 제3재료를 포함하고,
    상기 제1재료는 무기 반도체 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 제2재료는 란타넘족 금속을 포함하고,
    상기 제3재료는 발광 도펀트로서 유기 형광 도펀트 화합물, 유기금속 인광 도펀트 화합물, 유기 지연 형광 도펀트 화합물, 또는 이의 임의의 조합을 포함하는, 발광 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전하 발생 유닛(들)은 각각 n-형 전하 생성층 및 p-형 전하 생성층을 포함하는, 발광 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 n-형 전하 생성층은 제12재료 및 제13재료를 포함하고,
    상기 제12재료는 알칼리금속, 알칼리토금속, 란타넘족금속, 전이금속, 후전이금속, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 제13재료는 전자 수송성 유기 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 p-형 전하 생성층은 제14재료 및 제15재료를 포함하고,
    상기 제14재료는 정공 수송성 유기 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 제15재료는 무기 반도체 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 발광 소자.
  19. 소스 전극, 드레인 전극 및 활성층을 포함한 박막 트랜지스터; 및 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 발광 소자; 를 포함하고,
    상기 발광 소자의 제1전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나가 서로 전기적으로 연결되어 있는, 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    컬러 필터를 더 포함하고,
    상기 컬러 필터는 상기 발광 소자의 광이 취출되는 경로 상에 배치되는, 장치.
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